rakotomalala n. holiniaina

sfazfezafdd

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT GENIE CHIMIQUE

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES EN VUE DE

D’INGENIEUR EN GENIE CHIMIQUE

Présenté par: RAKOTOMALALA Norohariliva

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

___________________________

AMELIORATION D’UN ANCIEN ALAMBIC ET APPLICATION

A L’EXTRACTION DES HUILES ESSENTIELLES

D’HELICHRYSUM GYMNOCEPHALUM

ET D’



MEMOIRE DE FIN D’ETUDES EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME


RAKOTOMALALA Norohariliva Holiniaina

Soutenu le 06 Décembre 2012

Promotion 2011


___________________________




ET D’ATHANASIA BROWNII


L’OBTENTION DU DIPLOME

Holiniaina





sfazfezafdd




D’INGENIEUR EN

Présenté par: RAKOTOMALALA Norohariliva Holiniaina

Membres du jury :

Président : Monsieur ANDRIANARY Philippe

Rapporteur : Monsieur RASOANAIVO Philippe

Examinateurs :

Monsieur RANDRIANA Nambinina Richard Fortuné

Monsieur ANDRIANAIVORAVELONA Oliva Jaconnet

Monsieur RAKOTOSAONA Rija Lalaina


___________________________




ET D’






Soutenu le 06 Décembre 2012

ANDRIANARY Philippe, Professeur à l’ESPA

RASOANAIVO Philippe, Professeur titulaire à l’ESPA

RANDRIANA Nambinina Richard Fortuné, Maître de conférences à l’ESPA

ANDRIANAIVORAVELONA Oliva Jaconnet, Maître de conférences à l’ESPA

RAKOTOSAONA Rija Lalaina, Maître de conférences à l’ESPA

Promotion 2011


___________________________



HELICHRYSUM GYMNOCEPHALUM





Professeur titulaire à l’ESPA

conférences à l’ESPA

Maître de conférences à l’ESPA

Maître de conférences à l’ESPA




HELICHRYSUM GYMNOCEPHALUM

I

« Car tout vient de LUI, tout existe par LUI et

pour LUI. A Dieu soit la gloire pour toujours !

Amen »

Romains : 11, 36

II

REMERCIEMENTS

Je rends grâce à DieuDieuDieuDieu l’Eternell’Eternell’Eternell’Eternel, pour son Amour, sa bonté, ses

bienfaits, sa miséricorde et sa protection durant nos formations ainsi que

l’achèvement de ce mémoire.

� Je tiens à remercier vivement Monsieur ANDRIANARY

Philippe , Professeur et Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique

d’Antananarivo de m’avoir permis de suivre la formation d’ingénieur au sein de

cet établissement, de m’avoir autorisé à présenter cette soutenance de

mémoire, et surtout d’avoir accepté de le présider.

� Mes vifs remerciements vont à l’endroit de Monsieur

RANDRIANA Nambinina Richard Fortuné , Maître de conférences et Chef de

Département Génie Chimique de m’avoir accepté dans son département afin

que je puisse poursuivre les études en vue de l’obtention du Diplôme

d’Ingénieur en Génie Chimique, et d’avoir fait l’honneur de juger ce travail.

� Je suis reconnaissant à Monsieur ANDRIANAIVORAVELONA

Oliva Jaconnet, Maître de conférence et Monsieur RAKOTOSAONA Rija

Lalaina , Maître de conférence, qui se sont intéressés à ce travail et m’ont fait

l’honneur de siéger dans le jury, malgré leurs innombrables occupations.

� Ma profonde reconnaissance et mes sincères remerciements

s’adressent à Monsieur RASOANAIVO Philippe , Professeur titulaire à l’Ecole

Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, qui a accepté de me diriger durant la

réalisation de ce mémoire et pour tous les conseils et le temps précieux qu’il a

consacrés, malgré sa lourde responsabilité.

III

� Mes sincères remerciements s’adressent à l’endroit du

Laboratoire de l’Ecole de Pharmacie de l’Université de Camerino, Italie de nous

avoir ouvert les bras pour les analyses chromatographiques et spectrales de

notre échantillon d’huile.

� Je remercie également Madame le Professeur

RATSIMAMANGA Suzanne , Présidente de l’Institut Malgache des Recherches

Appliquées (IMRA) d’avoir accepté mon intégration au sein des laboratoires de

l’Institut,

� Je ne saurais oublier tous les enseignants et le personnel au

sein du Département Génie Chimique qui m’ont formé tout au long de mes

études ces cinq dernières années.

� Ma reconnaissance particulière s’adresse à toute l’équipe du

Laboratoire de Bioprospection et Biothérapeutique de l’IMRA, le Laboratoire

d’Analyse des Huiles Essentielles, ainsi qu’à tout le personnel pour leur aide et

leur collaboration.

� Enfin, je ne peux terminer sans mentionner ici ma gratitude

envers mes chers parents, toute ma famille, mes amis, collègues, tous ceux

qui m’ont soutenu et qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation de ce

travail.

IV

SOMMAIRE

REMERCIEMENTS

GLOSSAIRE

LISTE DES ABREVIATIONS

NOMENCLATURE DES UNITES

NOMENCLATURE DES FIGURES

NOMENCLATURE DES TABLEAUX

INTRODUCTION

1ère PARTIE : GENERALITES SUR LES HUILES ESSENTIELLES Chap. 01: Les plantes aromatiques

Chap. 02 : Technique d’extraction des huiles essentielles

Chap. 03 : Les méthodes d’analyse des huiles essentielles

Chap. 04 : Quelques rappels sur le transfert de chaleur et la mécanique des

fluides

2ème PARTIE : AMELIORATION D’UN ANCIEN ALAMBIC DE DISTILLATION

Chap. 05 : Caractéristiques de l’ancien alambic et modifications apportées

Chap. 06 : Dimensionnement d’un alambic de capacité moyenne

3ème PARTIE : APPLICATION A L’EXTRACTION DES HUILES

ESSENTIELLES D’HELICHRYSUM GYMNOCEPHALUM ET D’ATHANASIA

BROWNII

Chap. 07 : Optimisation de l’extraction d’huile essentielle d’Helichrysum

gymnocephalum

Chap. 08 : Extraction et étude de la composition chimique de l’huile essentielle

d’Athanasia brownii

V

GLOSSAIRE

BOTANIQUE :

Akène : fruit sec indéhiscent à graine non adhérente à la paroi interne du fruit.

Aranéeux : à poils fins et mous entrecroisés comme une toile d’araignée.

Bractée : petite feuille colorée, située à la base d’un pédoncule floral.

Capitule : inflorescence formée de fleurs sessiles serrées sur un réceptacle unique.

Corymbe : ensemble des fleurs (d’une plante) en forme de parasol, réunies au même

niveau bien que leurs pédoncules soient de longueurs différentes.

Duvet : couverture de poils mous comme du coton : fruits.

Euphorbe : plante vivace herbacée ou ligneuse de la famille des euphorbiacées, à

bractées souvent colorées entourant une petite fleur femelle unique, et à latex parfois

toxique.

Fimbrié : à bord frangé.

Fourré : massif touffu et épais, composé d’arbustes à branches basses et de

végétaux de taille moyenne, dans lequel il est difficile de pénétrer.

Glabre : dépourvu de poils.

Glomérule : inflorescence axillaire très dense et globalement sphérique.

Indéhiscent: se dit d’un fruit ne s’ouvrant pas pour libérer les graines.

Involucre : ensemble de petites feuilles entourant la base de certaines fleurs.

Lancéolé : en forme de fer de lance, étroit et en pointe aux deux extrémités.

Limbe : partie la plus importante, large et plate d’une feuille.

Obconique : conique, fixé par le petit bout.

Obtus : arrondi au sommet.

Pédoncule : portion de tige supportant une inflorescence.

Scarieux : sec et membraneux.

Suffrutescent : se dit d’une plante herbacée possédant une tige persistante lignifiée à

sa base.

Tomentum : pilosité dense et continue de poils longs et feutrés.

VI

PHARMACOLOGIE :

Algie : en médecine, douleur physique.

Analgésique : en médecine, qui rend insensible à la douleur.

Antalgique : en pharmacologie, calmant la douleur.

Antibactérien : en médecine, capable d’éliminer ou d’inhiber les bactéries.

Anticancéreux : en thérapeutique, qui combat le cancer par destruction des cellules

atteintes.

Anticatarrhale : en pharmacologie, qui prévient ou guérit le catarrhe.

Antifongique : en médecine, qui supprime les champignons et empêche leur

prolifération pathologique.

Anti-inflammatoire : en pharmacologie, qui atténue ou supprime l’inflammation.

Antimicrobien : qui détruit les microbes et empêche leur prolifération.

Antioxydant : agent naturel ou chimique qui réduit ou neutralise l’oxydation.

Antiparasitaire : en pharmacologie, qualifie une substance capable de lutter contre

des parasites externes ou internes.

Antipyrétique : en pharmacologie, substance médicamenteuse qui agit contre la

fièvre.

Antitumoral : en pharmacologie, qui permet de lutter contre les tumeurs.

Antiviral : en pharmacologie, que l’on utilise dans le traitement des maladies virales.

Carminative : qui facilite l’expulsion des gaz hors de l’intestin.

Catarrhe : en pathologie, sécrétion anormalement abondante produite par les

muqueuses des voies respiratoires.

Expectorant : en pharmacologie, qui aide à rejeter par la bouche, lorsqu’on tousse,

les sécrétions provenant des voies respiratoires.

VII

LISTE DES ABREVIATIONS

AFNOR : Association Française de Normalisation

BPC : Bonded Phase Chromatography

CC : Chromatographie sur Colonne

CCM : Chromatographie sur Couche Mince

CLG : Chromatographie Liquide-Gaz

CLL : Chromatographie Liquide-Liquide

CLS : Chromatographie Liquide-Solide

CPG : Chromatographie en Phase Gazeuse

EMAG : Ester Méthylique d’Acide Gras

GC : Gas Chromatography

HPLC : High Performance Liquid Chromatography ou Chromatographie

Liquide à Haute Performance

IA : Indice d’Acide

IE : Indice d’Ester

IRTF : InfraRouge par Transformé de Fourrier

IMRA : Institut Malgache des Recherches Appliquées

IR : InfraRouge

RMN : Résonnance Magnétique Nucléaire

SM : Spectrométrie de Masse

UV : Ultra-Violet

VIII

NOMENCLATURE DES UNITES

C� [J/kg°C] : Chaleur spécifique d’un fluide

ΔP [Pa] : Perte de charge linéaire

ΔP� [Pa] : Perte de charge singulière

Δ�� [°C] : Moyenne logarithmique des écarts de température

�� [°�] : Température de la vapeur à l’entrée du condenseur

�� [°�] : Température du condensat à la sortie du condenseur

�� [°�] : Température du fluide réfrigérant à l’entrée du condenseur

�� [°�] : Température du fluide réfrigérant à la sortie du condenseur

�� : Densité relative à 20°C

�� : Indice de réfraction à la température de référence t

�� [°]� [!"#�]: Pouvoir rotatoire à la température de référence t

D [m] : Diamètre hydraulique de la conduite

h ' ()* +,-°./ ou [ 2

,-°.] : Coefficient d’échange convectif

L [m] : Longueur de la conduite de vapeur

Pc [Pa] : Pression critique

PCI [kCal/Kg]: pouvoir calorifique inférieur d’un combustible

Re [ ] : nombre de REYNOLDS

Recr [ ] : nombre de REYNOLDS critique

Tc [°C] : température critique

V [m/s] : vitesse d’écoulement du fluide

Δ6 [6#] : Perte de charge totale

λ ' ()* +,°./ ou [ 2

,°.]: Conductivité thermique

Λ : Coefficient de perte de charge linéaire

ξ : Coefficient de perte de charge singulière

: : Coefficient d’émission de la surface

; [Pa.s] : Viscosité dynamique du fluide

< [!� =⁄ ] : Viscosité cinématique du fluide

? [@A/!B] : Masse-volumique du fluide

C[D. !F�@FG]: Constante de Stéphan-Boltzmann

IX

NOMENCLATURE DES TABLEAUX

Tableau 1: Plantes à huiles essentielles et aromatiques .......................................... 13

Tableau 2: Quelques valeurs du coefficient d'échange par convection .................... 35

Tableau 3: Comparaison de la variabilité de l'huile essentielle de l'Helichrysum

Gymnocephalum ...................................................................................................... 67

Tableau 4: Résultat de la cinétique d'extraction des feuilles fraiches ....................... 70

Tableau 5: Composition chimique centésimale des fractions d'huile essentielle de

Rambiazina obtenue par la cinétique de distillation .................................................. 71

Tableau 6: Résultat de la cinétique d'extraction des feuilles partiellement séchées . 77

Tableau 7 : Caractéristiques physico-chimiques comparées des ’huiles

essentielles de l’Helichrysum Gymnocephalum respectivement fraîche et

partiellement séchée ................................................................................................ 78

Tableau 8: Compositions chimiques centésimales comparées de l'huile essentielle

des feuilles fraiches et des feuilles partiellement séchées du Rambiazina ............... 79

Tableau 9: Composition chimique de l'huile essentielle d'Athanasia brownii ............ 85

Tableau 10: Propriétés physiques de l'eau en fonction de la pression et la

température, Source: Thermexcel .............................................................................. q

Tableau 11: Quelques valeurs de la rugosité en fonction du matériau ........................ r

X

NOMENCLATURE DES FIGURES

Figure 1: Procédés de fabrication de l'absolue ........................................................... 6

Figure 2: Présentation du sol et du climat à Madagascar ......................................... 12

Figure 3: Principe de l’expression ............................................................................. 14

Figure 4: Procédés d'extraction par expression ou pressage ................................... 14

Figure 5: Principe de l'enfleurage ............................................................................. 15

Figure 6: Technique d'hydrodistillation ..................................................................... 16

Figure 7: Processus de décantation ......................................................................... 16

Figure 8: Distillation par entrainement à la vapeur indirecte ..................................... 17

Figure 9: Distillation par entrainement à la vapeur directe ........................................ 18

Figure 10: Procédé d'extraction par solvant volatil ................................................... 19

Figure 11: Schéma de l'extraction au CO2 supercritique .......................................... 20

Figure 12: Schéma de l'extraction à la micro-onde ................................................... 21

Figure 13: Les différentes techniques chromatographiques ..................................... 24

Figure 14: Schéma simplifié d'un chromatographe en phase gazeuse ..................... 25

Figure 15: Particules fluides en écoulement laminaire ............................................. 28

Figure 16: Particules fluides en écoulement turbulent .............................................. 28

Figure 17:Transmission de chaleur par conduction .................................................. 31

Figure 18: Représentation d'une surface isotherme sur un corps cylindrique .......... 31

Figure 19: Echangeur de chaleur à co-courant et à contre courant .......................... 36

Figure 20: Cliché de l'alambic de départ ................................................................... 40

Figure 21: Cliché de l'alambic modifié ...................................................................... 44

Figure 22: Cliché de l'alambic de petite capacité (6-10kg de matière végétale) ....... 45

Figure 23: Cliché de l'alambic de grande capacité (200-300 kg de matière végétale)

................................................................................................................................. 46

Figure 24: Clichés de la cuve déjà existante et de sa hauteur envisagée ................ 47

Figure 25: Vue d'ensemble de l'alambic étudié ........................................................ 48

Figure 26: Forme de la cucurbite .............................................................................. 53

Figure 27 : Forme du condenseur ............................................................................ 54

Figure 28: Schéma du col de cygne modifié ............................................................. 59

Figure 29: Cliché du Rambiazina de la région du Tampoketsa ................................ 65

Figure 30: Structure du 1,8-cinéole .......................................................................... 69

XI

Figure 31: Cinétique d'extraction de l'huile essentielle de Rambiazina en fonction du

temps ........................................................................................................................ 71

Figure 32: Chromatogramme de la fraction 1 ........................................................... 73




Figure 36: Variation de la masse d'huile essentielle en fonction du temps ............... 77

Figure 37: Chromatogramme de l'extrait partiellement séché HG-S ......................... 80

Figure 38: Cliché de l'Athanasia brownii ................................................................... 84

Figure 39: Chromatogramme de l'huile essentielle d'Athanasia brownii ................... 89

Figure 40: Structure des composés majoritaires de l’huile essentielle d’Athanasia

brownii ...................................................................................................................... 90

Figure 41: Spectre de masse des composés n°61 et 72 de l' huile essentielle

d'Athanasia brownii ................................................................................................... 91

Figure 42: Conductivité thermique de quelques matériaux en fonction de la

température, Source: CRABOL J., Transfert de chaleur, Tome I, Editions Masson .. m

Figure 43: Utilisation de la formule de Colebrook pour la détermination de en fonction

du nombre de Reynolds (Re) en régime turbulent -K/D: rugosité relative, Source

BOUSSICAUD, Calcul des pertes de charges, Editions CFP ..................................... n

Figure 44: Valeurs du coefficient de perte de charge singulière pour divers accidents de

tuyauterie ; Source : BOUSSICAUD, Calcul des pertes de charges, Edtions CFP ..................... p

RAKOTOMALALA NOROHARILIVA Holiniaina

Promotion 2011

1

INTRODUCTION

Quand on parle d’huile essentielle, on pense à la parfumerie, aux rites

religieux, aux arômes alimentaires et surtout à l’aromathérapie. Les huiles

essentielles existaient déjà dans les anciennes civilisations.

Madagascar est une île comme on ne trouve pas sur terre. Elle est très riche

en biodiversité. Connue pour sa flore unique, le sol, le relief et le climat spécifiques

pour chaque région permettent la diversification de cette flore. Son isolement et sa

variation écologique favorisent cette richesse ainsi que l’endémisme de l’espèce

végétale malgache. Cela concerne aussi les plantes à huiles essentielles. Notre pays

est actuellement appelé « Route des huiles essentielles ».

Dans l’histoire moderne, les effets pharmacologiques, psychologiques et

physiologiques des huiles essentielles sur l’homme occupent une place de plus en

plus importante. Beaucoup de méthodes sont disponibles pour extraire ces huiles

essentielles, mais la plus utilisée jusqu’à maintenant est la distillation.

Dans la flore mondiale, parmi les 800 000 espèces de plantes prospérant, il

existe approximativement 3000 huiles aromatiques, dont 160 espèces à

Madagascar. Actuellement, seulement 300 huiles sont commercialisées sous

différentes formes : comme huile de massage, parfum, arôme, ou produits

pharmaceutiques. Des recherches continuent et s’approfondissent pour la

découverte, l’étude et la commercialisation des huiles recensées, tant à Madagascar

que dans d’autres pays du monde.

Pour ce qui est du laboratoire de Biothérapeutique de l’IMRA, les récoltes,

analyses et commercialisation de nouvelles huiles essentielles non étudiées sont

l’une des activités sur laquelle nous nous focalisons. Les appareillages à notre

portée pour effectuer la distillation sont un alambic de petite capacité (6 à 10 kg), et

un alambic de grande capacité (100 à 300 kg).

L’objectif de ce travail est orienté sur deux points : le premier point est

l’amélioration de l’alambic de petite capacité, et le dimensionnement d’un alambic de


Promotion 2011

2

capacité moyenne (30 à 50 kg) ; le second point est l’utilisation de l’alambic modifié

en vue de l’optimisation de l’extraction d’huile essentielle d’Helichrysum

gymnocephalum, une huile à valeur économique potentielle, et l’étude de la

composition chimique de l’huile essentielle d’Athanasia brownii, une des plantes

endémiques malgaches de la famille des Asteraceae qui n’a pas encore été étudiée,

mais qui réveille la curiosité des scientifiques et des chercheurs. L’extraction de ces

deux plantes est faite sur l’alambic de petite capacité modifié et amélioré.

Cet ouvrage sera subdivisé en trois grandes parties distinctes :

La première partie concernera les généralités sur les huiles essentielles,

notamment quelques notions sur les plantes aromatiques, les techniques d’extraction

des huiles essentielles et les méthodes d’analyse de leurs compositions chimiques,

et enfin un bref rappel sur le transfert de chaleur.

La deuxième partie sera consacrée à l’amélioration d’un ancien alambic et au

dimensionnement d’un alambic de capacité moyenne (30 à 50 kg) à partir de cet

ancien alambic.

En dernier lieu, on expliquera en détails l’application à l’extraction de l’huile

essentielle d’Helichrysum gymnocephalum ainsi que celle d’Athanasia brownii.


Promotion 2011

3

1ère PARTIE :

GENERALITES SUR LES HUILES

ESSENTIELLES


Promotion 2011

4

Chap. 01 : Les plantes aromatiques

I- Définitions : [12], [13], [10], [14], [15]

I.1. Plante Plante Plante Plante aromatiquearomatiquearomatiquearomatique :::: C’est une plante qui contient suffisamment de molécules aromatiques dans un

ou plusieurs de ses organes producteurs (feuilles, fleurs, fruits, graines, écorces,

racines, rhizomes).

I.2.I.2.I.2.I.2. Composition chimique des plantes aromatiquesComposition chimique des plantes aromatiquesComposition chimique des plantes aromatiquesComposition chimique des plantes aromatiques : : : : La composition chimique des plantes aromatiques est complexe et est constituée

de deux fractions : la fraction volatile formée par les huiles essentielles et une

fraction non volatile.

� La fraction dite volatile est présente dans différents organes de la plante selon

la famille ; elle est composée de métabolites secondaires générés dans les

organes sécréteurs de la plante qui constituent l’huile essentielle, offrant à la

plante une odeur caractéristique (Heinrich et al. 1983). Les essences sont

regroupées en cinq classes : les alcools, les esters, les aldéhydes, les

cétones, les lactones et les oxydes.

� La deuxième fraction dite non volatile de la plante, est composée

essentiellement de coumarines, flavonoïdes (Cisowski, 1985), composés

acétyléniques ainsi que de lactones sesquiterpéniques phénols ou

polyphénols jouant un rôle fondamental dans l’activité biologique de la plante

(Kubeczka et al. 1982)

I.3.I.3.I.3.I.3. EssenceEssenceEssenceEssence : : : : C’est la substance aromatique naturelle que secrète la plante dans ses

organes producteurs (la fraction volatile).

I.4.I.4.I.4.I.4. Huiles essentiellesHuiles essentiellesHuiles essentiellesHuiles essentielles : : : : Selon la norme AFNOR [22], une huile essentielle est un produit obtenu à partir

d’une matière première végétale :

� Soit par entraînement à la vapeur


Promotion 2011

5

� Soit par des procédés mécaniques à partir de l’épicarpe des Citrus

� Soit par distillation à sec

C’est donc de l’essence distillée, dont les molécules se dispersent, s’ionisent et

interagissent avec la vapeur d’eau, l’oxygène, l’ozone et les autres éléments

constitutifs de l’air ambiant, tout en subissant les effets du rayonnement solaire.

Sur le plan scientifique, les huiles essentielles sont des assemblages de

molécules diverses, sous forme d’un mélange complexe de plusieurs dizaines de

composés en proportions variables, ayant chacune leurs propriétés particulières.

I.5.I.5.I.5.I.5. Localisation de l’esLocalisation de l’esLocalisation de l’esLocalisation de l’essence dans la plante aromatiquesence dans la plante aromatiquesence dans la plante aromatiquesence dans la plante aromatique :::: Toutes les parties des plantes aromatiques peuvent contenir de l’huile

essentielle, mais en proportion plus ou moins variable. L’essence est élaborée dans

le végétal au niveau des:

� Poils épidermiques, le froissement des feuilles libère un parfum.

� Les organes sécréteurs sous-cutanés dont les cellules et les poches

sécrétrices

� Les canaux glandulaires schizogènes et schizolysigènes : ce sont des

petites vacuoles encerclées de cellules allongées sur la feuille, et la

feuille paraît percée de mille trous pour les structures schizogènes.

I.6.I.6.I.6.I.6. Concrètes et absolues Concrètes et absolues Concrètes et absolues Concrètes et absolues Les concrètes sont des concentrés aromatiques sous forme cireuse des extraits par

solvant volatil du végétal.

Les absolues sont destinés uniquement à la parfumerie. Voici les étapes d’obtention

de l’absolue :


Promotion 2011

Figure

I.7.I.7.I.7.I.7. OléorésinesOléorésinesOléorésinesOléorésines Ce sont des substances visqueuses extraites d’épices séchées au moyen de

solvants volatils non aqueux. Comme pour les concrètes,

l’évaporation partielle sous vide et à température modérée.

II- Propriétés et usages des huiles essentielles

[17]

Depuis des millénaires, de nombreuses huiles essentielles

dans différents secteurs d’activité surtout en

aromathérapie).

Et l’avancement considérable des travaux et recherche

grandes propriétés biologiques

II.1.II.1.II.1.II.1. Propriétés antiPropriétés antiPropriétés antiPropriétés antiII.1.1. Antibactérienne

Il s’agit du domaine le mieux étudié, car cette propriété des huiles essentielles

est la seule vraiment bien connue et régulièrement utilisée

neutralisent les germes mais inhibent aussi bien la croissance des bactérie

CONCRETE extraction à l'éthanol puis précipitation des cires par refroidissement


Promotion 2011

Figure 1: Procédés de fabrication de l'absolue

Ce sont des substances visqueuses extraites d’épices séchées au moyen de

solvants volatils non aqueux. Comme pour les concrètes, le solvant est chassé par

l’évaporation partielle sous vide et à température modérée.

Propriétés et usages des huiles essentielles [1], [12]

aires, de nombreuses huiles essentielles

secteurs d’activité surtout en médecine traditionnelle

Et l’avancement considérable des travaux et recherches a permis de prouve

biologiques de ces huiles.

Propriétés antiPropriétés antiPropriétés antiPropriétés anti----infectieusesinfectieusesinfectieusesinfectieuses :::: Antibactérienne et antioxydante


est la seule vraiment bien connue et régulièrement utilisée ; Les huiles essentielles

neutralisent les germes mais inhibent aussi bien la croissance des bactérie

extraction à l'éthanol puis précipitation des cires par refroidissement rapide

CONCRETE CONCENTRE + CIRE PRECIPITE

ABSOLUE EXEMPT DE

6

Ce sont des substances visqueuses extraites d’épices séchées au moyen de

le solvant est chassé par

[1], [12], [13], [15],

aires, de nombreuses huiles essentielles ont été utilisées

médecine traditionnelle (en

a permis de prouver les


; Les huiles essentielles

neutralisent les germes mais inhibent aussi bien la croissance des bactéries que

CONCRETE CONCENTRE + CIRE PRECIPITE

ABSOLUE EXEMPT DE CIRE


Promotion 2011

7

celle des moisissures et levures. Elles permettent aussi la neutralisation des radicaux

libres d’où leur propriété antioxydante. Les plus puissants sont les phénols et les

aldéhydes. Les cétones, les éthers, les oxydes, les terpènes et phtalides présentent

des propriétés légèrement anti-infectieuses.

Les huiles essentielles de thym et d’origan, contenant un taux élevé en thymol

et en carvacrol peuvent empêcher la croissance des bactéries pathogènes comme

Escherichia coli, Salmonella enteritidis, Salmonella choleraesuis et Salmonella

typhimurium (Penalver et al. 2005).

II.1.2. Antivirale

Des molécules appartenant à de nombreuses familles chimiques ont révélé in

vitro leur activité antivirale : monoterpénols, monoterpénals, les cétones (notamment

la cryptone), les aldéhydes et les éthers. Les virus sont, en général, très sensibles

aux molécules aromatiques.

II.2.II.2.II.2.II.2. Propriétés insectifuge et insecticidePropriétés insectifuge et insecticidePropriétés insectifuge et insecticidePropriétés insectifuge et insecticide Une dizaine d’huiles essentielles sont répertoriées comme ayant ces

propriétés, dont l’eugénol du clou de girofle, le citronellal de l’eucalyptus, le camphre

du camphrier du Japon…

II.3.II.3.II.3.II.3. Propriété antiPropriété antiPropriété antiPropriété anti----inflammatoireinflammatoireinflammatoireinflammatoire (antiphlogistique)(antiphlogistique)(antiphlogistique)(antiphlogistique) et propriété et propriété et propriété et propriété antihistaminiqueantihistaminiqueantihistaminiqueantihistaminique Les molécules aromatiques sont aussi antiphlogistiques, elles sont

susceptibles d’agir sur l’inflammation de différentes manières. Les aldéhydes

peuvent être utilisés par voie externe ou interne. Quelques autres molécules actives

sur ce sujet sont le thymoquinone de l’huile essentielle de Nigella sativa (Tekeoglu,

2007), l’α-humulène et le (-)-trans-caryophyllène, deux sesquiterpènes de l’huile

essentielle de Cordia verbenaceae (Fernandes).

II.4.II.4.II.4.II.4. Propriétés anticatarrhalesPropriétés anticatarrhalesPropriétés anticatarrhalesPropriétés anticatarrhales : : : : Les huiles essentielles riches en 1,8-cinéole sont très expectorantes. Les

molécules cétoniques et plus encore lactoniques telles que : la verbénone, la


Promotion 2011

8

thujone, la carvone, la cryptone, la pulégone, la menthone, la pipéritone, la

pinocamphone, sont ici des molécules de première importance.

II.5.II.5.II.5.II.5. Propriétés neurotropesPropriétés neurotropesPropriétés neurotropesPropriétés neurotropes :::: Les éthers et les esters sont principalement antiépileptisantes et

anticonvulsivantes. Certains esters comme l’acétate de bornyle de l’inule odorante,

ou le pool d’esters d’ylang-ylang, et certains sesquiterpénoïdes sont de bons

régulateurs cardiaques.

Le domaine de la lutte contre la douleur est sans doute celui où le plus grand

nombre de principes aromatiques semblent indiqué (L’eugénol, pour les algies

dentaires ; le menthol spécifique des algies céphaliques, le paracymène étant un

antalgique percutané utile dans les algies tendino-musculaires et ostéo-

articulaires…)

II.6.II.6.II.6.II.6. Propriétés vasculotrope et hémotropePropriétés vasculotrope et hémotropePropriétés vasculotrope et hémotropePropriétés vasculotrope et hémotrope : : : : Les aldéhydes terpéniques, activent la circulation locale ou hyperémiante ;

certaines molécules sesquiterpéniques et diterpéniques sont phlébotoniques

(activateurs de la circulation veineuse) ; et les monoterpènes sont quant à eux

lymphotoniques (pouvoir de drainage lymphatique).

Les coumarines, sont, même à l’état de trace, dotées d’une activité anticoagulante

très puissante. De nombreuses études cliniques ont prouvé que les citrales, les

coumarines et certains esters constituent d’excellents hypotenseurs.

II.7.II.7.II.7.II.7. Propriétés antitumorales et propriétés antileucémiquesPropriétés antitumorales et propriétés antileucémiquesPropriétés antitumorales et propriétés antileucémiquesPropriétés antitumorales et propriétés antileucémiques Les vertus antitumorales de certaines lactones sesquiterpéniques et de

certaines cétones sesquiterpéniques (germacrone du myrique baumier) et du

benzaldéhyde, ainsi que les propriétés antivirales (virus oncogènes) de certaines

cétones peuvent être utiles pour favoriser la prévention ou la stabilisation de certains

états dégénératifs.

II.8.II.8.II.8.II.8. Propriété anticancéreusePropriété anticancéreusePropriété anticancéreusePropriété anticancéreuse

Selon Legault et Pichette en 2007, l’α-humulène et l’isocaryophyllène

employés seuls, ou en combinaison avec le β-caryophyllène ont un effet inhibiteur de


Promotion 2011

9

la croissance anormale des cellules. Les monoterpènes tels que le myristicine du

Myristica fragrans ayant une activité hépatoprotectrice contre la destruction du foie

par certains médicaments durant la chimiothérapie (Morita et al. 2003).

Le citral, notamment le trans-citral ou géranial est considéré comme un agent

inhibiteur à la phase primaire du cancer de la peau (Mulder et al. 1995), et du cancer

du foie (Nakamura et al. 2003).

II.9.II.9.II.9.II.9. Propriétés indésirables et toxicité des composanPropriétés indésirables et toxicité des composanPropriétés indésirables et toxicité des composanPropriétés indésirables et toxicité des composantstststs aromatiques:aromatiques:aromatiques:aromatiques: Les huiles essentielles sont des substances très actives. Elles doivent être

utilisées avec vigilance et en dose modérée. Les molécules aromatiques toxiques

sont surtout les cétones (neurotoxiques) et les phénols (hépatotoxiques). A part cette

toxicité, d’autres propriétés indésirables existent aussi, comme :

Les propriétés allergisantes des huiles essentielles à lactones

sesquiterpéniques. Lors d’un usage à longue durée, toute huile essentielle est

susceptible d’entrainer des réactions de sensibilisations.

Les propriétés irritantes à la peau, les yeux et les muqueuses des phénols et

aldéhydes.

III- Les huiles essentielles à Madagascar [24], [25], [26]

III.1.III.1.III.1.III.1. Historique et origineHistorique et origineHistorique et origineHistorique et origine La Biodiversité est une richesse de Madagascar et lui offrant un espace vert

exceptionnel avec plus de 80% de plantes endémiques. Parmi les 12.000 espèces

de la flore malgache, 110 espèces aromatiques, réparties dans 33 familles ont été

recensées. Elles comprennent 58 espèces autochtones dont 89% sont endémiques,

et 52 espèces introduites, dont la majorité (60%) provient de pays orientaux (Inde,

Malaisie, Asie tropicale, Australie...) ; et 20 %, est originaire des pays tempérés de la

Méditerranée et Europe occidentale et centrale.

Ces plantes aromatiques peuvent être classées en trois principaux groupes :

Les huiles essentielles traditionnelles : l’ail (Allium sativum), l’ylang-ylang

(Cananga odorata) introduite dans le pays en 1905, le cinnamon

(Cinnamomum verum) indigène de Sri Lanka ;


Promotion 2011

10

Les huiles essentielles exportées à grande échelle (estimées à plus de 200

kg par an depuis 1927): le niaouli (Melaleuca viridiflora), le camphrier

(Cinnamomum camphora) introduit dans le pays au 19ème siècle, le basilic

(Ocimum basilicum) originaire d’Asie, le palmarosa (Cymbopogon martinii), le

poivre (Piper nigrum) indigène de l’Inde et de l’Indonésie, le combava (Citrus

histrix), le lemongrass (Cymbopogon flexuosus) originaire de l’Inde, le foraha

(Callophyllum inophyllum)

Les plantes aromatiques de valeur économique potentielle : le géranium

(Geranium rosat), le patchouli (Pogostemon patchouli) originaire de l’Inde,

l’Indonésie et les Philippines, introduit dans le pays en 1898, le vétiver

(Vetiveria zizanoïdes), le radriaka (Lantana camara) originaire de l’Amérique

du Sud, le longoza (Aframomum angustifolium), Eucalyptus (Eucalyptus

citriodora et Eucalyptus globulus), le tagète (Tagetes minuta), les espèces du

genre Citrus, introduites à Madagascar au 18ème Siècle, le gingembre

(Zingiber officinalis Roscoe), le cyprès (Cupressus lusitanicus), l’ocimum

(Ocimum gratissimum)

Quelques exemples d’huiles essentielles les plus prisées et les plus connues

dans l’île sont :

� L’huile essentielle de l’havozo ou hazomanitra (Agathophyllum aromaticum ou

Ravensara aromatica), le plus connu

� L’Helichrysum bracteiferum

� L’Helichrysum gymnocephalum,

� le Vepris madagascarica,

� Le Croton anisatum.

III.2.III.2.III.2.III.2. Récolte des plantes aromatiquesRécolte des plantes aromatiquesRécolte des plantes aromatiquesRécolte des plantes aromatiques Les plantes utilisées pour la distillation sont soit d’origine sauvage (idéales),

soit cultivées. Les plantes cultivées doivent se rapprocher le plus de l’état sauvage

pour ne pas modifier leurs caractéristiques aromatiques. C’est pour cela qu’il faut

utiliser des huiles essentielles biologiques ou 100% pures et naturelles.


Promotion 2011

11

La période de récolte doit se faire au moment où la plante est le plus

concentrée en molécules aromatiques ou « essence » ce qui varie en fonction de

l’espèce et de différents facteurs, comme :

☯ Le stade végétatif : avant, pendant ou après la floraison.

☯ La météo : en un temps sec, pendant la saison de pluie…

☯ Le moment de la journée : après la rosée du matin, l’après midi.

☯ La phase de la lune.

Par conséquent, les années se suivant mais ne se ressemblant pas surtout du point

de vue météo, les huiles essentielles sont donc différentes d’une année sur l’autre.

Tout comme les vins, les huiles essentielles d’une même appellation donnent des

« crus » différents.

III.3.III.3.III.3.III.3. Ecologie et répartition géographiqueEcologie et répartition géographiqueEcologie et répartition géographiqueEcologie et répartition géographique . Madagascar est une île très vaste et diversifié du point de vue relief et climat,

d’où la richesse de notre pays en plantes aromatiques. Le paysage et le climat

définissent la végétation existante dans une région du pays : des forêts à baobab à

l’Ouest, des forêts denses humides à l’Est, des fourrés et euphorbes au Sud, des

savanes, forêts sclérophylles et fourrés dans les hautes terres. Chaque région

naturelle de Madagascar recèle des végétations spécifiques constituant de véritables

sources de matières premières pour l’industrie des huiles essentielles.


Promotion 2011

12

Figure 2: Présentation du sol et du climat à Madaga scar


Promotion 2011

13

Le tableau ci-dessous montre les principales plantes à huiles essentielles

avec leur localisation géographique à Madagascar :

Tableau 1: Plantes à huiles essentielles et aromati ques

Nom scientifique Français usuel Vernaculaire Régions

Allium sativum Ail Tongolo gasy Toute l’Ile

Cananga odorata Ylang-ylang Nosy-Be, Sambirano

Catharanthus roseus Pervenche Vonenina Sud et Côte-Est

Cedrelopsis grevei Katrafay Ouest, Sud-Ouest

Centella asiatica Talapetraka Hauts-plateaux

Cinnamomum

camphora

Camphrier Ravintsara Centre-Est

Cinnamomum

zeylanicum

Cannelle Hazomanitra Sambirano et toute la

côte Est

Citrus hystrix Combava Est et Ouest

Coriandrum sativum Coriandre Hauts-plateaux

Curcuma longa L. Curcuma Tamotamo Côte-Est et Hauts-

plateaux

Cymbopogon martinii Palma rosa

Cymbopogon sp Citronnelle Veromanitra Plante tropicale et

subtropicale

Eucalyptus sp Eucalyptus Kininina Dans toute l’Ile (30

espèces introduites)

Geranium

perlargonium

Geranium Fiandrilavenona Hauts-plateaux

(altitude>1200 m)

Helichyum coronarium Longoza Centre-Est

Ocimum basilicum Petit basilic Sambirano,

Antananarivo et Toliara

Rosa damascena Rose parfumée Raozy Hauts-plateaux

Romarinus officinalis Romarin Nord-Est, Côte-Est

Vetiveria zizanoides

Stapf

vétiver Fehana (Betsileo) Plante tropicale et

subtropicale

Zingiber officinalis Gingembre Sakamalaho Sambirano, Côte-Est et

Moyen-Est


Promotion 2011

Chap 02 : Technique

[34],

I- Expression- Enfleurage

IIII----1111---- Expression ou pressageExpression ou pressageExpression ou pressageExpression ou pressage

C’est le procédé d’extraction le plus simple mais le plus limité. Il est

exclusivement utilisé pour les zestes frais d’agrumes pour en recueillir les

« essences » (et non « huile essentielle », car aucune modification chimique liée à

des solvants ou à la vapeur n’a eu lieu).

Figure 4 : Procédés d'extraction par expression ou pressage

briser mécaniquementpar une presse mécanique

obtention duessence d'agrume

décantationobtenu


Promotion 2011

Technique d’extraction des huiles essentielles

[34], [41], [42], [48], [52]

Enfleurage

Expression ou pressageExpression ou pressageExpression ou pressageExpression ou pressage

Figure 3: Principe de l’expression



huile essentielle », car aucune modification chimique liée à

apeur n’a eu lieu). Le principe est le suivant :

: Procédés d'extraction par expression ou pressage

mécaniquement la partie du végétal concernéemécanique ou hydraulique

du mélange dejus (solution aqueuse) +d'agrume

décantation et récupération de l'essence surnageant

14

des huiles essentielles [14],



huile essentielle », car aucune modification chimique liée à

surnageant


Promotion 2011

15

Cette méthode strictement mécanique limite l’oxydation de l’essence à son

minimum, mais elles se conservent moins longtemps que les huiles essentielles.

IIII----2 2 2 2 EnfleurageEnfleurageEnfleurageEnfleurage C’est une technique très ancienne datant de 700 avant J.C. utilisée par les

Grecs. Elle fût reprise plus tard au XVIIème siècle à Grasse, d’où l’origine de la

parfumerie.

Elle consiste à capter les composants aromatiques volatiles des fleurs s’échappant

de l’atmosphère à l’aide de la graisse animale pour obtenir de la pommade

aromatisée.

Figure 5: Principe de l'enfleurage

II- La distillation

Les Perses furent les « inventeurs » de la distillation proprement dite, 1000 ans

avant notre ère. Elle est connue depuis la haute Antiquité, transmise par les Arabes

et perfectionnée par les Grassois. Cette technique a été étudiée scientifiquement par

Berthelot en 1863, approfondi par Pierre et Puchot en 1871 puis par Naumann en

1877.

Le temps de distillation et le rendement (poids de plante nécessaire pour obtenir

un Kg d’huile essentielle), généralement faible, de 0,5 à 3%, varient en fonction de la

plante.


Promotion 2011

16

II-1- HydrodistillationHydrodistillationHydrodistillationHydrodistillation C’est la méthode la plus archaïque. Elle consiste à immerger complètement

les substances végétales dans la cuve d’un alambic rempli d’eau, le tout étant porté

à ébullition à pression atmosphérique, comme le montre la figure ci-dessous :

Figure 6: Technique d'hydrodistillation

Le mélange vaporisé est récupéré dans un essencier ou vase florentin par

condensation à l’aide d’un réfrigérant à circulation d’eau froide.

Pour certains, l’hydrolat aromatique est encore recyclée pour la saturer et

ainsi limiter les pertes en substances précieuses fortement hydrosolubles. On parle

alors d’hydrodistillation avec cohobation .

A la sortie, on récupère le « distillat » dans l’essencier, qu’on sépare ensuite

par centrifugation-décantation ou par simple décantation. La décantation s’effectue

comme suit :

Figure 7: Processus de décantation


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17

II-2- Hydrodiffusion ou percolationHydrodiffusion ou percolationHydrodiffusion ou percolationHydrodiffusion ou percolation Le principe est le même que pour la distillation, sauf que la vapeur d’eau est

envoyée de haut en bas. Pour ce procédé, l’ordre de sortie des composés serait

dicté par leur polarité et non leur volatilité. Les huiles essentielles seront alors

chargées en substances non volatiles. D’où l’appellation ici d’«essences de

percolation » et non d’huiles essentielles.

II-3- Entraînement à la vapeurEntraînement à la vapeurEntraînement à la vapeurEntraînement à la vapeur La distillation par entrainement à la vapeur, procédé relativement récent,

apporte une amélioration à la qualité d’huile essentielle obtenue en minimisant les

altérations hydrolytiques liées à la distillation traditionnelle. Ce procédé consiste à

faire traverser de la vapeur d’eau, du bas vers le haut de l’alambic rempli de

substances végétales, ces dernières et l’eau n’étant pas en contact.

Selon l’obtention de vapeur on distingue :

� La distillation par entrainement à la vapeur indirecte où la chaudière à

vapeur est séparée de l’alambic. On est en présence de vapeur saturée

(pression atmosphérique) ou de vapeur surchauffée (surpression de 1 à

6 bars).

Figure 8: Distillation par entrainement à la vapeur indirecte


Promotion 2011

18

� La distillation par entrainement à la vapeur nue ou directe : où la chaudière à

vapeur est la partie inférieure de l’alambic, séparée du végétal par un disque

perforé sous forme de tamis. On est en présence de vapeur saturée (pression

atmosphérique).

Figure 9: Distillation par entrainement à la vapeur directe

Ce dernier est la méthode utilisée pour notre extraction.

III- Autres procédés d’extraction

III-1- Extraction par solvant Extraction par solvant Extraction par solvant Extraction par solvant volatilvolatilvolatilvolatil Elle se déroule comme suit :


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Figure

Remarques :

Le solvant volatil utilisé est l’éther de pétrole, l’hexane, le propane ou le

dichlorométhane

L’agitation mécanique permet

molécules aromatiques dans le solvant.

Ce procédé, s’opérant à température ambiante, ne dénature pas les

constituants comme dans l’hydrodistillation. Mais les concrètes contiennent en

général 2 à 6% de solvant

essentielles obtenu par ce procédé en médecine.

III-2- Extraction au CO2 supercritiqueExtraction au CO2 supercritiqueExtraction au CO2 supercritiqueExtraction au CO2 supercritiqueLe principe de cette extraction consiste à passer le courant de gaz carbonique

à l’état supercritique dans les substances


Promotion 2011

Figure 10: Procédé d'extraction par solvant volatil


L’agitation mécanique permet d’accélérer la dissolution et la diffusion des

molécules aromatiques dans le solvant.



général 2 à 6% de solvants résiduaires ce qui empêche l’utilisation des huiles

essentielles obtenu par ce procédé en médecine.

Extraction au CO2 supercritiqueExtraction au CO2 supercritiqueExtraction au CO2 supercritiqueExtraction au CO2 supercritique Le principe de cette extraction consiste à passer le courant de gaz carbonique

à l’état supercritique dans les substances végétales qui, par augmentation de la

19


d’accélérer la dissolution et la diffusion des



s résiduaires ce qui empêche l’utilisation des huiles

Le principe de cette extraction consiste à passer le courant de gaz carbonique

végétales qui, par augmentation de la


Promotion 2011

20

pression, fait éclater les poches sécrétrices de l’essence et entraîne ce dernier. La

figure ci-dessous permettra une meilleure compréhension de cette méthode ;

Figure 11: Schéma de l'extraction au CO 2 supercritique

Les avantages de ce procédé sont les suivants :

Le CO2 supercritique a un pouvoir solvant remarquable. De plus, il est bon

marché, inerte chimiquement et ininflammable.

L’extrait obtenu est le plus proche possible de l’essence originel et dépourvu

de tout solvant résiduaire.

On obtient sélectivement un produit spécifié, en jouant à la température

critique Tc et la pression critique Pc ; ceux du gaz carbonique étant :

Tc = 31°C

Pc = 73 atm

L’inconvénient : l’installation coûte cher, d’où l’utilisation de ce procédé, seulement

quand l’huile essentielle est à forte valeur marchande


Promotion 2011

21

III-3- Extraction à la microExtraction à la microExtraction à la microExtraction à la micro----ondeondeondeonde L'extraction assistée par micro-ondes est une technique encore plus récente,

mis au point en 1987 par des chercheurs canadiens.

Ce dernier fonctionne, généralement, sous vide. La microonde agit sur les

vacuoles et les poches à essence contenant de l’eau contenue dans la matière

végétale, qui absorbent l’onde et convertissent son énergie en chaleur. Il en résulte

une soudaine augmentation de température à l’intérieur du matériel, jusqu’à ce que

la pression interne dépasse la capacité d’expansion des parois cellulaires. La vapeur

détruit la structure des cellules végétales, et l’huile essentielle est entrainée par la

vapeur d’eau.

Figure 12: Schéma de l'extraction à la micro-onde


Promotion 2011

22

Chap 03 : Les méthodes d’analyse des huiles essentielles

I. Identification des caractéristiques physico-chimiques [22]

La codification et l’appréciation d’une huile essentielle se traduit par la

détermination de sa composition chimique (à partir des techniques

chromatographiques et spectrales), de ses caractéristiques organoleptiques et des

caractéristiques physico-chimiques (outils pour le contrôle de qualité).

I.1I.1I.1I.1 Caractéristiques organoleptiquesCaractéristiques organoleptiquesCaractéristiques organoleptiquesCaractéristiques organoleptiques A température ambiante, la plupart des huiles essentielles ont un aspect liquide.

Elles sont volatiles, odorantes, huileuses. Elles sont incolores ou colorées selon les

composées qu’elles contiennent (leur couleur varie du jaune pâle au rouge foncé

voire brun) : en général, celles qui ont une forte teneur en hydrocarbures terpéniques

sont incolores, tandis que celles à produits oxygénés majoritaires sont colorées.

I.2I.2I.2I.2 CarCarCarCaractéristiques physicoactéristiques physicoactéristiques physicoactéristiques physico----chimiqueschimiqueschimiqueschimiques Les caractéristiques physico-chimiques des huiles essentielles sont principalement :

� La densité

� L’indice de réfraction

� Le pouvoir rotatoire

� L’indice d’acide

� L’indice d’ester

� La miscibilité à l’éthanol

Les détails sur ces caractéristiques seront situés en annexe.

II. Les techniques chromatographiques [27], [35], [40]

II.1.II.1.II.1.II.1. DéfinitionDéfinitionDéfinitionDéfinition Née en 1906 des travaux du botaniste russe TSWETT, à qui on attribue

également l’invention du terme « chromatographie », c’est un procédé physico-

chimique d’analyse immédiate, permettant l’identification et la quantification des


Promotion 2011

23

composés dans l’huile essentielle par séparation des constituants du mélange.

L’intérêt de cette méthode est qu’on n’étudie que des quantités infimes d’échantillon,

de l’ordre du milligramme jusqu’au nanogramme.

II.2.II.2.II.2.II.2. Principe Principe Principe Principe Le principe repose sur les équilibres de concentration des composés présents

entre deux phases, dont l’une est dite mobile -effectuant sa percolation à travers un

lit de particules de phase stationnaire- dans laquelle ils sont solubles, et l’autre

appelé phase stationnaire qui exerce sur eux un effet retardateur. Les constituants

du mélange se déplacent à des vitesses différentes et sont séparés.

II.3.II.3.II.3.II.3. Différents types de techniques chromatographiquesDifférents types de techniques chromatographiquesDifférents types de techniques chromatographiquesDifférents types de techniques chromatographiques Selon la nature des phases, on distingue :

La chromatographie liquide-solide (CLS)

La chromatographie liquide-liquide (CLL)

La chromatographie liquide-gel (CLG)

La chromatographie sur phases greffées ou « Bonded Phase

Chromatography » (BPC)

La phase stationnaire peut être, soit un solide soit un liquide, soit un solide à la

surface duquel on a greffé des molécules appropriées. La phase mobile est un

liquide. Selon la nature des phénomènes mises en jeu dans la séparation, on

distingue la classification suivante :


Promotion 2011

Figure 13 : Les différentes techniques chromatographiques

Pour la chromatographie

différences d’adsorption des molécules du mélange par la phase (

Pour la chromatographie de partage

différences de solubilité des molécules à séparer (CLL ou BPC)

la HPLC, elle est souvent utilisée pour l’identification des constituants d’un

mélange complexe.

Pour la chromatographie d’échange d’ions

procède à un échange d’ions (CLG)

La chromatographie en phase gazeuse ou

C’est une technique séparative rapide parmi les plus employées pour l’analyse

qualitative et quantitative des huiles essentielles, datant du début des années 40

Le principe de séparation repose sur

composés pour l a phase mobile et la phase stationnaire

plus d’affinité pour la phase mobile, a peu d’interaction avec la phase stationnaire et

sur colonne

adsorption (CLS)

partage

CLL phases greffées (BPC)

échange


Promotion 2011

: Les différentes techniques chromatographiques

chromatographie d’adsorption, la séparation est fondée sur les

différences d’adsorption des molécules du mélange par la phase (

chromatographie de partage, la séparation est fondée sur les

différences de solubilité des molécules à séparer (CLL ou BPC)

, elle est souvent utilisée pour l’identification des constituants d’un

chromatographie d’échange d’ions, comme son nom l’indique, on

procède à un échange d’ions (CLG)

La chromatographie en phase gazeuse ou CPG :


qualitative et quantitative des huiles essentielles, datant du début des années 40

Le principe de séparation repose sur la différence d’affinité entre les

a phase mobile et la phase stationnaire : Un composé qui aura


CHROMATOGRAPHIE

en phase liquide

sur colonne

phases greffées (BPC)

échange d'ions

paires d'ions

échange de ligands

exclusion

24

, la séparation est fondée sur les

différences d’adsorption des molécules du mélange par la phase (CC ou CCM).

, la séparation est fondée sur les

différences de solubilité des molécules à séparer (CLL ou BPC), on y distingue

, elle est souvent utilisée pour l’identification des constituants d’un

, comme son nom l’indique, on


qualitative et quantitative des huiles essentielles, datant du début des années 40.

la différence d’affinité entre les

Un composé qui aura


CHROMATOGRAPHIE

exclusion

de surface

CCM CP

en phase gazeuse (CPG)


Promotion 2011

25

sera donc élué plus rapidement qu’un composé qui aura plus d’affinité avec la phase

stationnaire et sera plus souvent en interaction avec la phase stationnaire qu’avec la

phase mobile et vice versa. La phase stationnaire peut être polaire ou apolaire.

Voici un schéma simplifié d’un chromatographe en phase gazeuse relié à un

détecteur à ionisation de flamme :

Figure 14: Schéma simplifié d'un chromatographe en phase gazeuse

L’identification des constituants est effectuée par le calcul de l’indice de

rétention ou l’indice de Kovats Ik ; cependant, la méthode la plus fiable est le

couplage avec des méthodes spectroscopiques, comme la CPG couplée à la

spectrométrie de masse (CPG/SM) ou la CPG couplée à l’InfraRouge par

Transformée de Fourier (CPG/IRTF).

III. Les méthodes spectrales [10], [36], [43], [47], [49]

Elles présentent deux (2) avantages : la rapidité et la manipulation des

quantités de l’ordre du milligramme (mg) ou du microgramme (µg). Les méthodes

spectroscopiques habituelles les plus utilisées sont :


Promotion 2011

26

III.1.III.1.III.1.III.1. La spectrométrie de masseLa spectrométrie de masseLa spectrométrie de masseLa spectrométrie de masse : : : : C’est une technique d’analyse puissante, utilisée entre autres dans le dosage

isotopique et pour déterminer la structure d’une molécule organique.

Dans la plupart du temps elle est couplée avec la chromatographie en phase

gazeuse pour la détermination de la structure des constituants d’une huile

essentielle.

III.2.III.2.III.2.III.2. L’infrarougeL’infrarougeL’infrarougeL’infrarouge :::: C’est un rayonnement électromagnétique invisible, de longueur d’onde

comprise entre 0,8µm (lumière rouge visible) et 1mm (micro-ondes). Les radiations

infrarouges de fréquences comprises entre 10 000 et 100 cm-1 sont absorbées par

une molécule organique en tant qu’énergie de vibration moléculaire.

III.3.III.3.III.3.III.3. La résonnance magnétique nucléaiLa résonnance magnétique nucléaiLa résonnance magnétique nucléaiLa résonnance magnétique nucléairererere (RMN du proton et du (RMN du proton et du (RMN du proton et du (RMN du proton et du carbonecarbonecarbonecarbone----13, RMN bidimensionnelle)13, RMN bidimensionnelle)13, RMN bidimensionnelle)13, RMN bidimensionnelle): : : :

C’est une technique de spectroscopie appliquée aux particules atomiques ayant

des noyaux caractérisés par un spin nucléaire non nul et un moment magnétique

nucléaire µ qui sont tous deux quantifiés.

Tout noyau porte une charge. Les plus utilisés, et de loin sont ceux de 1H et 13C,

ayant un nombre de spin I de ½.

III.4.III.4.III.4.III.4. La spectroLa spectroLa spectroLa spectroscopscopscopscopie ultraie ultraie ultraie ultra----violetteviolettevioletteviolette :::: L’absorption moléculaire dans le spectre ultra-violet et visible dépend de la

structure électronique de la molécule. L’absorption d’énergie est quantifiée et résulte

du passage des électrons d’orbitales de l’état fondamental vers des orbitales d’un

état excité d’énergie supérieure. En pratique, la spectrométrie UV se limite

normalement aux systèmes conjugués.


Promotion 2011

27

Chap. 04 : Rappels sur le transfert thermique et la mécanique

des fluides

I- Ecoulement de fluide [3], [8], [10], [24], [51]

L’étude de l’écoulement des fluides est nécessaire, étant donné que le transfert

thermique convectif est toujours lié avec le transfert de masse lors de la distillation.

Autrement dit, la transmission de chaleur par convection dépend largement du

mouvement du fluide.

Fluide: Fluide: Fluide: Fluide: Ce terme désigne tout corps liquide ou gazeux pouvant subir de grandes

variations de forme sous l’action des forces extérieures au fluide. Tous les fluides

sont compressibles, mais les gaz le sont plus que les liquides, mais sont aussi

naturellement visqueux. Et cette viscosité se manifeste par la résistance à la

déformation du fluide.

Régime d’écoulementRégime d’écoulementRégime d’écoulementRégime d’écoulement :::: L’écoulement visqueux concerne uniquement les fluides réels. Il est déterminé

par REYNOLDS, selon l’équation :

Re = s.tu = vst

w (1)

Où :

Re : Nombre de REYNOLDS

V [m/s] : Vitesse d’écoulement du fluide

D [m] : Diamètre hydraulique de la conduite

; [6#. =]� [xA/!=] : Viscosité dynamique du fluide

< [!� =⁄ ] : Viscosité cinématique du fluide

? [xA !B⁄ ] : Masse volumique du fluide

Le nombre de REYNOLDS est un nombre adimensionnel qui défini la nature du

régime d’écoulement, qui peut être laminaire ou turbulent. Le passage d’un régime à

un autre est caractérisé par le nombre de REYNOLDS critique Re)y ( Re)y =


Promotion 2011

28

2100à3500 pour le cas d’une conduite cylindrique), caractérisé par un régime

intermédiaire.

� Régime laminaire : cas où {| < 2100

L’écoulement du fluide est unidirectionnel et les particules fluides se déplacent

parallèlement à la paroi.

Figure 15: Particules fluides en écoulement laminai re

� Régime turbulent : cas où {| > 3500

Dans ce cas, les particules se déplacent de façon tourbillonnaire et désordonné,

et l’écoulement n’est plus unidirectionnel.

Figure 16: Particules fluides en écoulement turbule nt

En régime turbulent, au voisinage de la paroi, la vitesse reste toujours très faible,

et l’écoulement y est laminaire sur une faible épaisseur appelée « couche limite

laminaire »

Il faut remarquer que le transfert de chaleur en régime turbulent est plus important

que celui en régime laminaire. En effet, les particules froides et chaudes sont

mélangées par le biais des tourbillons qui transportent les masses fluides à travers

les filets fluides.

On verra en annexe quelques propriétés physiques de l’eau et de la vapeur en

fonction de la température et la pression.


Promotion 2011

29

Perte de chargePerte de chargePerte de chargePerte de charge :::: Notons qu’on est supposé travailler à la pression atmosphérique. Pour un fluide

en mouvement, son déplacement entraîne une perte de charge ΔP. Selon l’origine de

cette perte de charge, on distingue :

a) Les pertes de charge linéaires : dues au frottement du fluide, lors de son

acheminement, sur les parois de la conduite. Dans ce cas, la perte de

charge est exprimée par :

ΔP = Λ �t

vs-� (2) équation de DARCY-WEIBACH

Avec :

ΔP [Pa] : Perte de charge linéaire

L [m] : Longueur de la conduite de vapeur

Λ [ ] : Coefficient de perte de charge linéaire

☯ En régime laminaire : Λ n’est fonction que du nombre de REYNOLDS, et la

nature de la tuyauterie utilisée n’intervient pas, et selon BOUSSICAUD :

Λ = �G�� (3)

Et l’équation (3) devient alors :

ΔP = �Gust . �

t ρ s-� = 32ρ su�

t- (4)

☯ En régime turbulent : la détermination du coefficient de perte de charge est

beaucoup plus complexe, et c’est la formule de COLEBROOK qui traduit le

mieux les phénomènes d’écoulement en régime turbulent.

�√� = −2��A � �

B,�(t + �,��

��√�� (5) équation de COLEBROOK

Les valeurs de Λ selon Colebrook seront données en annexe.

Avec : (t : Rugosité relative

K [m] : Hauteur des aspérités


Promotion 2011

30

K varie suivant la qualité et le type de tube utilisé mais aussi suivant la qualité de

vapeur produite (dépôts et incrustations). Pour un acier inoxydable : K=0,015 mm.

b) Perte de charge singulière :

Cette chute de pression est due à tout accident de parcours tel que :

élargissement, rétrécissement, coude, té, vanne, … provoquant une déformation de

l’écoulement du fluide dans la tuyauterie.

ΔP� = �s-�� (6)

Avec :

ξ : Coefficient dépendant de la nature de résistance local (ses valeurs sont en

annexe)

ΔP� : Perte de charge singulière en [m de colonne de fluide]

On peut également utiliser la relation :

ΔP� = ξ vs-� (7)

Dans ce cas, ΔP� est exprimée en [Pa].

c) Perte de charge totale : c’est la somme de toutes les pertes de charges le

long du parcours

Δ6 = ΔP + ΔP� (8)

II. Transfert de chaleur [6], [7], [10], [39], [44], [45]

Le transfert de chaleur est l’étude des divers modes d’échange thermique entre

deux corps ou au sein d’un même corps, la transmission de chaleur s’effectuant

toujours du point le plus chaud vers le point le plus froid. Selon le cas, on distingue le

transfert de chaleur par conduction, par rayonnement et par convection.


Promotion 2011

31

La conduction : mode de transfert de chaleur influencé par la différence de

température entre deux régions d’un milieu solide, liquide ou gazeux, opaque

et immobile.

Figure 17:Transmission de chaleur par conduction

A travers un corps cylindrique, l’expression du flux de chaleur, en D/! , est la

suivante :

φ = ��F�-�

-�� -��= (��F�-)�

��

�-��

(9)

Où :

L [m] : Longueur du cylindre en [m] T�[K] : Température du cylindre de rayon r�

T�[K] : Température du cylindre de rayon r�, en supposant que T� > T�

S [m²] : Section latérale du cylindre, rapportée au rayon r�

λ[W/m. K] : Conductivité thermique

Figure 18: Représentation d'une surface isotherme s ur un corps cylindrique

Le rayonnement thermique : émission d’énergie susceptible de se transmettre

dans le vide, il est dû à des transitions électromagnétiques par exemple des

états de vibration quantifiées de la chaîne d’atomes. Ce mode de transfert


Promotion 2011

32

intervient entre deux surfaces quelconques de températures différentes

séparés par du gaz.

D’après la loi de Stéphan-Boltzmann, le flux de chaleur échangé entre la surface S et

le milieu ambiant peut s’écrire :

� = :. C. �. (��G − ��G) (10)

: ∶ ��|�� ¡ |�¢�£é! == ��|�#= "�#¡|(: = 1¤� " �¡�"¤=�� ", :≪ 1¤� " �¡�"¤=¦" ��#�¢

C ∶ ��=¢#�¢|�|�¢é¤ℎ#�¨��¢©!#�� = 5,67. 10FªD.!F�@FG

�[!²]: � "�#¡|�£é¡ℎ#�A|

�� ∶ �|!¤é"#¢ "|�|= "�#¡|� ¡�"¤= �� ∶ �|!¤é"#¢ "|#!¦ #�¢|

La convection :

Le transfert de chaleur qui s’effectue simultanément avec un mouvement de fluide

est dit transfert de chaleur par convection. Lors de la distillation, il se produit aussi un

transfert de masse lors de l’écoulement de fluide. Il permet de déterminer les

échanges de chaleur se produisant entre un fluide et une paroi. Selon le mécanisme

provoquant ce mouvement du fluide, on distingue :

� Convection libre ou naturelle : mouvement dû à la différence des masse-

volumiques, résultant de la différence de températures sur les frontières et au

champ de forces extérieures (la pesanteur).

� Convection forcée : mouvement induit par une cause indépendante des

différences de température.

La théorie de convection suit la loi de Newton, permettant d’exprimer la quantité

de chaleur échangée par convection entre la paroi et le fluide, telle que :

dQ = hS(T® − T̄ )dt (11)

Où :

Q[kCal]: Quantité de chaleur échangée par convection


Promotion 2011

33

T®[°C] : Température de la paroi

T̄ [°C]: Température du fluide loin de la paroi, supposée inférieure à T®

S [m�] : Aire de la surface en contact avec le fluide

h ' ()* +,-°./ ou ' 2

,-°./ : Coefficient d’échange convectif

On utilise fréquemment le flux de chaleur échangée par convection ϕ en [W/m²], tel que :

ϕ = ±²�±³ = h(T® − T̄ ) (12)

Le problème de la convection dépend de quelques nombres adimensionnels qui sont

les suivants :

Nombre de REYNOLDS : représenté par la formule (1). Il permet de définir le

régime d’écoulement du fluide.

Nombre de NUSSELT : rapport de la quantité de chaleur échangée par

convection à la quantité de chaleur échangée par conduction.

Nu = +∗tµ (13)

Nombre de PRANDTL : décrit la propriété physique du fluide, c’est-à-dire

l’influence de la nature du fluide sur la transmission de chaleur par convection :

Pr = w∗.�µ (14)

Cp : Chaleur spécifique du fluide en [J/kg.K]

Nombre de STANTON ou de MARGOULIS : rapport du flux de chaleur à

un flux de chaleur de référence par convection.

St = Ma = +v∗s∗.� = ¶·

��∗®y (15)

Nombre de GRASHOF : il caractérise l’écoulement en convection naturelle

(remplace le nombre de REYNOLDS)

Gr = �∗¹∗v-∗tº∗»�w- (16)

β : coefficient de dilatation du fluide en [K-1]

ΔT = T�*y½¾ − T¿ ·¾±� : Différence de température entre la paroi et le fluide


Promotion 2011

34

Nombre de RAYLEIGH : caractérise l’écoulement en convection naturelle

(remplace le nombre de REYNOLDS)

Ra = Pr ∗ Gr = �∗¹∗v-∗tº∗»�À∗Á (17)

Où :

α = µv∗.� : diffusivité thermique en [m²/s]

Nombre de PECLET :

Pe = Re. Pr = v.Ãs�µ (18)

Nombre de GRAETZ :

Gz = �.Ãµ� (19)

Nombre de RAYLEIGH : caractérise l’écoulement en convection naturelle.

Ra = Pr. Gr = �¹tº»�Àu (20)

III. Le coefficient d’échange convective(h)

La résolution d’un problème de convection repose sur la détermination de h. En

effet, il dépend de plusieurs paramètres tels que la nature du fluide, la température,

la vitesse d’écoulement et les caractéristiques géométriques de la paroi en contact

avec le fluide.

Comme le coefficient convectif dépend de la géométrie de la paroi ainsi que du

phénomène se produisant lors de l’échange, on doit préciser les cas particuliers

suivants :

Echange sans changement d’étatEchange sans changement d’étatEchange sans changement d’étatEchange sans changement d’état � Régime laminaire

En régime laminaire, l’expression de h est de la forme :

h = 1,62( wwÅ

)�º(1 + 0,015Gr)�

º(GmV.Æµ� )�/B µ

t (21)


Promotion 2011

35

� Régime turbulent (convection forcée)

Dans ce cas, le coefficient de convection suit la formule de Colburn établie à

partir de l’analyse dimensionnelle.

h = µ.�,��B��Ç,È®yÇ,Ét (22)

A titre indicatif, voici un tableau montrant l’ordre de grandeur du coefficient

convectif :

Tableau 2: Quelques valeurs du coefficient d'échang e par convection

Configuration Ê[Ë ÌÍ°Î⁄ ] Convection naturelle : Dans un gaz (air)

Dans l’eau

2-10

100-1000

Convection forcée : Avec un gaz

Avec l’eau

Avec l’huile

Avec des métaux en fusion

10-200

100-15000

50-1500

5000-250000

Ebullition d’eau : Dans un récipient

En écoulement dans un tube

2500-35000

5000-100000

Condensation de l’eau sous 1atm : Sur une surface verticale

A l’extérieur d’un tube horizontal

1000-11000

10000-25000

EchangeavecchangementEchangeavecchangementEchangeavecchangementEchangeavecchangementd’état:d’état:d’état:d’état:Ici, on considèrera seulement la condensation de la vapeur.

Dans la pratique industrielle, on rencontre généralement la condensation en film :

la paroi est isolée de la vapeur par un film continu de liquide qui joue un rôle d’isolant

thermique entre la paroi et la vapeur, et fait chuter h par rapport à la condensation en

goutte. Selon la théorie de Nusselt en 1916 :

Sur une paroi verticale :

h = 0,943 'µÅºvÅ-�»ÏwÅ�»�

/�/G

(23)

La température du film est celle de condensation.


Promotion 2011

36

ΔT : Moyenne arithmétique entre température de condensation et température du

réfrigérant

ΔH[J/Kg] : Variation d’enthalpie à la condensation

Sur une paroi horizontale :

h = 0,725 'µÅºvÅ-�»ÏwÅtÐ»� /

�/G (24)

Condition de validité : Re < 2100

S : section de passage du film liquide

En convection naturelle (régime turbulent) :

ℎ = 0,5[Ñ(ÒÓ.®y)Ç,-ÔÕ Ö×Ö×ØÙ

Ç,-Ô

� ] (25)

IV. L’écart moyen de température

Si on considère un échangeur de chaleur quelconque, il se produit un écart

moyen de température ∆θ entre le milieu extérieur et le milieu intérieur.

Les fluides peuvent circuler à co-courant ou à contre-courant, mais ce dernier

présente une meilleure efficacité en matière d’échange de chaleur. En effet, voici une

figure illustrant ces deux types de circulation de fluide.

Figure 19: Echangeur de chaleur à co-courant et à c ontre courant


Promotion 2011

37

Soient :

∆T� = ∆T� = T)� − TÜ� ∆T� = ∆T� = T)� − TÜ�

Où : T)� = températuredelavapeuràl£entréeducondenseur TÜ� = températured£entréeduréfrigérant TÜ� = ¢|!¤é"#¢ "|�|=�"¢ |� "é�" Aé"#�¢ T)� = températuredesortieducondensatoudistillat

∆� = ∆ÝÞF∆Ýßàá(∆ÝÞ∆Ýß)

(26)

V. Le coefficient global de transmission de chaleur:

Le coefficient global par unité de surface est de la forme :

K = �∑�Ð

= �+�+ �

+-+ �

+º (27)

Avec :

h�: Coefficient d’échange par convection au niveau du réfrigérant (eau froide)

h� = 1ri

λmatériaulnreri(reri)

: Coefficient d’échange par conduction à travers la paroi, le

transfert de chaleur allant du côté chaud de rayon r¾ vers le côté froid de rayon r�. On doit apporter h2 à une unité de surface, extérieure ou intérieure des tubes, car la

surface d’échange n’a pas la même étendue au contact des deux fluides (chaud et

froid). C’est la raison pour laquelle on introduit le rapport yãyÐ

pour rapporter h2 à la

surface intérieure.

hB: Coefficient d’échange par convection du côté de la vapeur condensante

∑R¾ : Résistance thermique de l’ensemble (réfrigérant+paroi+vapeur)

C’est la plus grande de ces résistances thermique qui limite l’échange de chaleur.


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38

2ème PARTIE :

AMELIORATION D’UN ANCIEN

ALAMBIC DE DISTILLATION


Promotion 2011

39

Chap. 05 : Caractéristiques de l’ancien alambic

I. Caractéristiques de l’ancien alambic [3]

Pour le foyer:

� Foyer en argile enveloppé de métal, de diamètre 0,33 m

� Combustible : charbon de bois dont PCI = 6885 kCal/kg

Pour la cucurbite :

� Diamètre moyen D = 0,35 m

� Hauteur totale H = 0,795 m

� Hauteur de la chaudière H2 = 0,355 m

� Volume de la cucurbite : 30L

� Volume d’eau maximale : 18L

� Capacité en matières premières : 6 à 10 Kg

Pour le condenseur :

� Serpentin en cuivre

� Longueur du serpentin L = 7,63 m

� Diamètre du serpentin d = 0,022 m

� Surface d’échange du serpentin S = 0,53 m²

� Tce = 99,63°C

� Tcs = 41°C

� Tfe = 20°C

� Tfs = 51°C

� L’écart de température moyenne : ∆θm = 26°C

� Enthalpie de condensation de l’eau : ∆He = Lv = 539,30 kCal/kg = 2253,72

kJ/kg

� Coefficient d’échange globale : K = 99,42 W/m²°C

� Quantité de chaleur à échanger dans le condenseur : Q = 1680 kCal/h


Promotion 2011

40

� Débit de vapeur mv = 3kg/h

� Débit d’eau de refroidissement me = 41kg/h

Au niveau du col de cygne :

� Longueur du col de cygne : Lcol = 1,414 m

� Les accidents de parcours présents sur l’installation sont :

Une coude arrondie r/D = 0,5 ; ξ = 0,9

Une autre coude de 90° : (0,2 m) ξ = 1,3

� Entre le couvercle de la cucurbite et le col de cygne, il existe un joint

hydraulique.

Le schéma de l’alambic de départ est comme suit :

Figure 20: Cliché de l'alambic de départ


Promotion 2011

41

Problèmes rencontrés :

Quelques problèmes ont été rencontrés lors de la distillation qu’on a effectuée avant

modification:

� La combustion au charbon est délicate, de part le fait du rechargement

difficile du combustible dans le foyer. On a aussi noté que la puissance de

chauffe du charbon n’est pas suffisante pour le chauffage.

� On constate des fuites de vapeur, et par conséquent une perte en huile

essentielle, au niveau du joint d’eau reliant la cucurbite et le col de cygne.

� L’utilisation du coude de 90° n’est pas méthodique p our éviter de

maximiser les pertes de charges singulières.

� La hauteur trop élevée du col de cygne entraîne un reflux en vapeur.

II. Amélioration et modifications apportées

Face aux problèmes cités ci-dessus, quelques améliorations ont été apportées pour

assurer un meilleur rendement et une bonne qualité en huile, en tenant compte des

paramètres prix, énergie, temps et rendement :

o Insertion d’un joint thermorésistant en plus du joint hydraulique.

o Réduction de la longueur du col de cygne de moitié : de 141,4 cm à 77 cm

o Changement du coude de 90° par un autre incliné à 45 °

o Utilisation de la quantité optimale en eau pour chaque extraction. En effet, le

niveau d’eau est trop élevé. Pratiquement, un kg d’eau est suffisant pour un kg

de végétal.

Concernant les modifications géométriques au niveau du col de cygne, il est à

remarquer que le débit volumique (ou massique) reste identique en tout point de la

canalisation. Ainsi, ce sera la vitesse qui varie.


Promotion 2011

42

II.1.II.1.II.1.II.1. Caractéristiques techniquesCaractéristiques techniquesCaractéristiques techniquesCaractéristiques techniques L’alambic modifié a les caractéristiques techniques suivantes :

Pour le foyer:

� Foyer en métal, de diamètre 0,36 m. La cucurbite est entourée par les parois

latérales du foyer, ce qui permet de récupérer une partie des chaleurs

sensibles des fumées et de diminuer ainsi les pertes par conduction des

couches d’air.

� Combustible : bois sec dont PCI = 4231,25 kCal/kg

Pour la cucurbite :

� Les dimensions sont les mêmes que celles indiquées ci-dessus,

� Le volume d’eau maximale est de 18L, mais pour économiser le maximum de

combustible, il est plus efficace d’utiliser 1 kg d’eau pour 1 kg de matières

premières

� Capacité en matières premières : 6 à 10 Kg

Pour le condenseur :

� Serpentin en cuivre

� Longueur du serpentin L = 7,63 m

� Diamètre du serpentin d = 0,022 m

� Surface d’échange du serpentin S = 0,53 m²

� Tce = 99,63°C

� Tcs = 28°C

� Tfe = 20°C

� Tfs = 51°C

Au niveau du col de cygne :

� Tuyau en acier inoxydable de diamètre moyen 0,037 m et d’épaisseur ecol =

1,5 mm = 0,0015 m

� Longueur du col de cygne réduit à : Lcol = 0,77 m

� Les accidents de parcours présents sur l’installation sont :

Une coude arrondie r/D = 0,75 ; ξ = 0,45


Promotion 2011

43

Une autre coude de 45° : ξ = 0,5

� Entre le couvercle de la cucurbite et le col de cygne, il existe un joint

hydraulique et un joint thermorésistant.

II.2.II.2.II.2.II.2. Caractéristiques thermiquesCaractéristiques thermiquesCaractéristiques thermiquesCaractéristiques thermiques Débit de vapeur mv = 3 kg/h

Débit d’eau de refroidissement me = 189 kg/h

Conductivité thermique du cuivre : λCu = 389 W/m°C = 334,48 KCal/hm°C

Conductivité thermique de l’acier inoxydable :

λinox = 15 W/m°C = 12,9 kCal/hm°C

Quantité de chaleur totale à échanger dans le condenseur :

Q = Q� + Q� = äåæç, èéêÎëì/Ê

En effet :

Q� : Quantité de chaleur nécessaire pour la condensation de la vapeur

Q� = mí. ∆H� = 3 ∗ 2253,72 = 6761,16 xî/ℎ = 1617,50 x�#�/ℎ

Q� : Quantité de chaleur nécessaire pour le refroidissement de l’eau condensée

Q� = mí. C�. �� = 3 ∗ 4,18 ∗ (99,63 − 20) = 998,56 xî/ℎ = 238,89 x�#�/ℎ

Au niveau du col de cygne, refroidi par l’air ambiant à une vitesse de 0,5 m/s,

la quantité de chaleur échangée est de ï�ðñ = 54,39 D = 46,76 x�#�/ℎ

Au niveau du condenseur, le condensat sort à 28°C


Promotion 2011

44

Le schéma de l’alambic modifié est montré ci-dessous :

Figure 21: Cliché de l'alambic modifié


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45

Chap. 06 : Dimensionnement d’un alambic de capacité

moyenne (30 à 50 kg)

Notre objectif est de concevoir un alambic de distillation semi-mobile de

capacité moyenne. En effet, les appareillages dont nous disposons sont un alambic

de petite taille pouvant contenir 6 à 10 kg de matière végétale (Figure 22), donnant

une quantité minimale d’huile insuffisante pour les analyses chimiques et/ou

biologiques plus approfondies, et un grand alambic pouvant recevoir jusqu’à 300 Kg

de matière végétale (Figure 23), nécessitant ainsi une quantité importante de matière

végétale. Ces constats nous ont poussés à concevoir un alambic de capacité

moyenne.

Figure 22: Cliché de l'alambic de petite capacité ( 6-10kg de matière végétale)


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46

Figure 23: Cliché de l'alambic de grande capacité ( 200-300 kg de matière végétale)

Le dimensionnement est basé sur une cuve en acier inoxydable déjà

existante, de 0,50 m de diamètre, de 0,51 m de hauteur et de 2 mm d’épaisseur.


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47

Par ailleurs, par souci économique, nous garderons le condenseur du petit

alambic. La condensation sera de ce fait compensé par l’adaptation d’un réfrigérant

au niveau du col de cygne. Il s’agit ainsi de valoriser et d’optimiser ce qui existe, ai

lieu de fabriquer entièrement ou acheter un nouvel alambic.

Figure 24: Cliché s de la cuve déjà existante et de sa hauteur envisagée


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48

Le schéma d’ensemble de notre appareillage se représente comme suit :

Figure 25: Vue d'ensemble de l'alambic étudié

I.I.I.I. Le foyerLe foyerLe foyerLe foyer [[[[30303030]]]],,,, [[[[39393939]]]],,,, I.1- La combustion

La combustion est une réaction d’oxydation d’un combustible par un comburant

(généralement de l’air). C’est une réaction exothermique. Ainsi, l’équation de

combustion s’écrit:

�òó¨ô��õ¨ö÷ + �òó¨ô{øù� → ûôó÷÷�


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49

Où:

� + ò� → �ò� + 97,47x�#�/!��|

ü� +12ò� → ü�ò + 58,13x�#�/!��|

Si le soufre est présent : � + ò� → �ò� + 138,75x�#�/!��|

Le véritable processus de combustion se fait de la périphérie vers le centre du foyer,

en un mouvement ascendant. L’air environnant, qui alimente ainsi le feu, est appelé

air secondaire pour le distinguer de l’air primaire qui traverse le lit de combustion. Cet

air est d’abord responsable de la combustion du carbone, qui est la partie résiduelle

du bois après volatilisation des gaz.

I.2- Le combustible

Nous avons choisi le bois sec comme combustible.

La composition chimique du bois est :

Le foyer est cylindrique, il a pour diamètre dfoyer = 0,54 m, et de hauteur hfoyer =

0,30 m

Son pouvoir calorifique est PCI= 4231,25 kCal/kg.

Son pouvoir comburivore est :

ýþ = 4,76.22,4. �%�� = 4,44!B xA⁄ �|¡�!¦ =¢ ¦�|

Son pouvoir fumigène est :

ý� = '22,4.%�� / + 0,79. ýþ = 4,44!B xA⁄ �|¡�!¦ =¢ ¦�|


Promotion 2011

50

Réellement, on est toujours en présence d’un excès d’air (volume d’air

supérieur au pouvoir comburivore) qui ne participe pas à la réaction, mais

l’accompagne. L’excès d’air nécessaire pour compléter la combustion :

| = �ðñ��þ�Óþ��F�ð��ð�Ó�ð��Ó��ðÓ��ð��ð�Ó�ð��Ó��ðÓ� ∗ 100 (28)

Pour les combustibles solides e = 15 à 50%. Pour notre cas, on admettra e = 40%

Les difficultés de la combustion résident dans la décomposition du

combustible initialement solide, d’une part en carbone (sous forme de charbon

de bois), et d’autre part en aérosol de gaz, de vapeur et de gouttelettes

formées de liquides organiques visqueux. C’est le cas du bois de feu.

2/3 à 3/4 de l’énergie calorifique potentielle du bois sont contenus dans les matières

volatiles. Celles-ci brûlent dans la région de la flamme marquée « cœur », située

juste au-dessus du lit de combustion. Aux abords de la flamme, l’air nécessaire à la

combustion est aspiré par le mouvement ascendant des gaz chauds. En l’absence

de friction, la vitesse des gaz chauds est calculée par la formule :

= �A. ¦. © (29)

Où : La vitesse des gaz chauds

A: L’accélération de la pesanteur = 10m.s-2

©: La hauteur de la flamme

¦:La « légèreté spécifique » ; ce paramètre est à peu près égal à

¦ ≈ F � � ≈ 3 (30)

Dont T est la température des flammes

Te est la température ambiante = 25°C

La température des flammes peut être déduite de cette équation, on aura donc :

� = ¦�� + �� = 3�� + �� = 4��

⇒ � = 1192@ = 919°� (31)

Pour notre cas, © = 0,30!,


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51

D’où : = 3m. sF�

I.3- Les pertes thermiques dans le foyer

Lorsqu’un combustible est brûlé, la chaleur qu’il dégage se répand de toutes les

directions, l’émission la plus intense est verticale dans le même sens que le

dégagement de gaz chauds plus légers. Cependant, cette énergie se disperse très

rapidement, seule une petite partie est récupérée.

L’enceinte éventuelle, où a lieu la combustion absorbe de la chaleur et en perd.

Cette enceinte peut être entièrement ouverte, la déperdition latérale sera très

importante, elle pourra être plus ou moins protégée ou même fermée, retenant ainsi

de plus en plus d’énergie.

De même, le matériau que l’on chauffe va aussi, selon les conditions extérieures,

perdre plus ou moins de la chaleur. Le schéma ci-dessous résume la répartition de

la chaleur générée.

Dans lequel :

A : chaleur perdue sur le corps du foyer

B : chaleur perdue sur le corps de l’alambic

C : vapeur générée

D : chaleur utilisée

E : chaleur sensible de la cheminée

F : chaleur latente perdue de la cheminée


Promotion 2011

52

G : charbon résiduel ou transformé

Généralement pour ce type de foyer et ce type de combustible, on obtient un

rendement de combustion de 40%

I.4- Quantité de chaleur apportée par le combustible

On supposera la quantité de bois utilisée comme étant de 10 kg/h. La chaleur

apportée par cette quantité de combustible est donc de 42312,5 kCal/h.

II.II.II.II. ChaudièreChaudièreChaudièreChaudière----cucurbitecucurbitecucurbitecucurbite L’eau de chaudière est aussi séparée de la masse végétale par une plaque

perforée utilisée comme tamis, afin d’éviter tout contact du végétal avec l’eau. Ce

tamis est à 1/4 de la hauteur totale de l’alambic.

L’alambic est en acier inoxydable. Et étant donné le prix exorbitant et la rareté de ce

matériau, il faut dépenser le minimum et le strict nécessaire. Selon le principe de

Rhuston, il faut D=H pour la cuve. Mais en tenant compte de l’efficacité de la

distillation (mouvement ascendant et descendant de la vapeur), par expérience, on

utilise à l’optimum � = ä, æ� . Pour cela, on a coupé la cuve existante, et souder

une tôle cylindrique de 0,24 m de hauteur afin d’obtenir 0,75 m de hauteur. Selon la

figure 26, elle est coupée à 0,45 m de hauteur.

Les dimensions de la cuve cylindrique servant de cucurbite sont donc :

� Diamètre D = 50 cm

� Hauteur H = 75 cm

� Epaisseur de l’acier du cuve : e = 2 mm

� Niveau du tamis h1 = 20 cm

� capacité en eau de la partie inférieure : V1= 36 L

� capacité en plante de l’alambic m = 50 kg

� volume de la cucurbite V = 146 L


Promotion 2011

53

Figure 26: Forme de la cucurbite

Le fond de la cuve est en forme torisphérique ou bombé (convexe). Même si on

travaille à pression atmosphérique, remarquons que les fonds torisphériques sont

très résistants à des hautes pressions. De plus, la répartition de chaleur y est

meilleure.

La cucurbite est reliée au chapiteau par un joint thermorésistant.


Promotion 2011

54

III.III.III.III. CondenseurCondenseurCondenseurCondenseur

Figure 27 : Forme du condenseur

III-1 Quantité de chaleur à échanger dans la phase de condensation.

Comme le condenseur utilisé est celui du petit alambic, alors il reste à évaluer

les échanges thermiques qui y règnent.

En ce qui concerne la phase de condensation, elle s’effectue au niveau du col de

cygne ainsi que dans le condenseur proprement dit. Pour cela, la quantité de chaleur

totale à échanger est :

ï�ð� = 5878,09 @�#�/ℎ (32)

En effet, l’échange de chaleur en phase de condensation s’effectue en deux étapes :

la condensation de vapeur et le refroidissement du liquide condensé.


Promotion 2011

55

Ainsi, la quantité de chaleur nécessaire à la condensation de la vapeur est :

ï�ð��,�ð�þñ = !�. ö� = 21410,34 @î ℎ⁄ = 5122,09 @�#� ℎ⁄ (33)

Et la quantité de chaleur nécessaire pour le refroidissement est telle que :

ïÓ��Ó,�ð�þñ = !�� = 3162,11@î ℎ⁄ = 756@�#� ℎ⁄ (34)

III-2 Echange thermique dans le serpentin :

Le refroidissement du condensat ne peut se passer que dans le serpentin,

alors étant donnée la quantité de chaleur nécessaire pour le refroidissement, on peut

en déduire la longueur théorique optimale.

En effet :

ïÓ��Ó = @Ó��Ó. �. ∆� (35)

Avec :

∆� = � ��F ��F( ��F ��)ñ��

= 29,88°� (36)

Si : �� = 70°�, �� = 30°�, �� = 20°� et �� = 30°�

Dans le serpentin, il se passe un échange de chaleur par convection entre le

condensat et la paroi interne du serpentin, un transfert de chaleur par conduction à

travers le corps du serpentin, et un transfert par convection à l’extérieur. Ainsi, le

coefficient d’échange global sera :

@Ó��Ó =1

1ℎ� +

1ℎ� +

1ℎB

• Du côté extérieur, ℎ� = Ñ.��

Or, {| = !�� " = 54968,90

Si la masse volumique est ? = 997,34 xA !B⁄ , le diamètre #�ð�� = 0,30! , la

viscosité dynamique ; = 0,000909 @A !. =⁄ , le débit d’eau égal à 189 ö ℎ⁄ et une

section de passage de 314!!�.


Promotion 2011

56

D’après la valeur du nombre de REYNOLDS, on est en régime turbulent, donc

l’expression du nombre de NUSSELT en convection forcée sera :

ù = 0,023{|�,ª6"�,G = 308,75

D’où ℎ� = 566,049D !�°�⁄

• A travers la paroi du serpentin :

ℎ� =1

"�$ �� "�"�

Pour le cuivre, la conductivité thermique est $ = 389,605D !°�⁄ , le diamètre

intérieur étant #� = 22¡! et le diamètre extérieur #� = 24¡!.

D’où ℎ� = 179533,21D !�°�⁄

• Du côté intérieur,

ℎB = 0,725 �Ñº!-%»&"�»' �

� G( (37)

Où :

$ = 0,56D !°�⁄

? = 958,39 @A !B⁄

Δü = 2253,72D

Δ� = 29,88°�

D’où ℎB = 1522,50D !�°�⁄

Et @Ó��Ó = 411,49D !�°�⁄

Comme � = )#ö, finalement on peut en tirer la longueur correspondant à la quantité

de chaleur échangée pour le refroidissement :

ö = ïÓ��Ó@Ó��Ó)#Δ�

ö = 1,23!

Ce qui signifie que sur une longueur totale du serpentin de 7,63!, la condensation

de vapeur s’effectue sur une longueur (7,63 − 1,23) = 6,4!.

Alors, la quantité de chaleur nécessaire à la condensation dans le serpentin est :


Promotion 2011

57

ï�ð�� = @�ð��. �. Δ�

Avec Δ� = 43,27°� , si on considère �� = 96,71°� , �� = 70°� , �� = 30°� , et

�� = 50°�.

La surface d’échange � = )#ö = ). 0,022.6,4 = 0,442!�,

Comme dans le cas du refroidissement, le coefficient d’échange global s’écrit :

@�ð�� =1

1ℎ� +

1ℎ� +

1ℎB

• Du côté extérieur : ℎ� = 566,05D !�°�⁄

• A travers la paroi du serpentin : ℎ� = 179533,21D !�°�⁄

• Du côté intérieur :

{| = ?ý#; = 0,535.12,98.0,022

0,000012 = 12727,31

Donc on est en régime turbulent et l’expression du nombre de NUSSELT en

convection naturelle est :

ù = 0,5(*". 6")�,�� +Ó+ÓÖ��,��

(38)

Et

*" = ,#BAΔ�?�;�

Avec :

, = 1��

= 0,013°�F�

Puisque �� = -. Ö�

Où la température moyenne de la vapeur : �� = /�,��.�� = 83,3°�

Et la température moyenne de la paroi : �� = ªB,B.��,�� = 70°�

Donc : *" = 1,19. 10�

6" = ;��$

Où :


Promotion 2011

58

; = 0,000909 @A !. =⁄

�� = 4,18 @î @A⁄

$ = 0,55 D !°�⁄

D’où 6" = 6,91

Et 6"� = 2,48 (lecture sur abaque)

ù = 19,45

Par conséquent :

ℎB = $. ù # = 495,21

Et @�ð�� = 263,7D !�°�⁄

Finalement, on aboutit à la quantité de chaleur nécessaire à la condensation de

vapeur dans le serpentin :

ï�ð�� = 5043,30D = 4336,46 @�#� ℎ⁄ (39)

IV.IV.IV.IV. ColdecygneColdecygneColdecygneColdecygneLa valeur de ï�ð�� ci-dessus signifie que la vapeur n’est pas entièrement

condensée dans le condenseur proprement dit. Pour ne pas modifier le serpentin,

nous avons adapté un réfrigérant au niveau du col de cygne. Ce réfrigérant

permettra de compenser la différence de la quantité de chaleur nécessaire à la

condensation.

Le col de cygne sera en tube inox de diamètre intérieur 37!! et de diamètre

extérieur 40!! (selon R. POSITELLO) [24]. La figure suivante illustre cette

modification :


Promotion 2011

59

Figure 28: Schéma du col de cygne modifié

Ainsi, dans le col de cygne doit y avoir une perte de chaleur telle que :

ï�ð��,�ðñ = 5122,09 − 4336,46 = 785,63 @�#� ℎ⁄ (40)

Cette valeur de la perte de chaleur nous permet de déterminer la longueur du

réfrigérant au niveau du col de cygne. Nous avons l’expression suivante :

ï�ð��,�ðñ = @�ðñ. �. Δ��ðñ

Avec :

Δ�)½ =(99,63 − 55) − (96,71 − 40)

ln 99,63 − 5596,71 − 40

= 50,43°C

Si �� = 99,63°�, �� = 96,71°�, �� = 40°�, et �� = 55°�.

Le coefficient d’échange global s’écrit :

@�ðñ =1

1ℎ� +

1ℎ� +

1ℎB

• Du côté réfrigérant :

{|� =?ý#Ó��Ó

;

Nous avons fixé le diamètre #Ó��Ó = 0,123!. Et pour ý = 0,167! =⁄ ,


Promotion 2011

60

? = 994,79 @A !B⁄ , et ; = 0,000751 @A !. =⁄ , le nombre de REYNOLDS sera :

{|� = 32077,60

On est en présence d’un régime turbulent. Ainsi, le nombre de NUSSELT en

convection forcée est :

ù = 0,023{|�,ª6"�,G = 200,67

Et ℎ� = 897,3D !�°�⁄

• A travers le tube en inox :

Le coefficient d’échange par conduction s’écrit :

ℎ� =1

"�$��ð0 ��

"�"�

L’écoulement du flux de chaleur étant de l’intérieur vers l’extérieur.

D’où : ℎ� = 9610,25D !�°�⁄

Si $�ðñ = 15D !°�⁄

• Du côté vapeur :

On a : ? = 0,590 @A !B⁄

; = 0,000012@A !. =⁄

ý = 9,5 @A ℎ⁄ . 1,6937!B @A⁄)3600. 0,0185� = 4,16! =⁄

D’où {|B = 7562

La valeur du nombre de NUSSELT en convection naturelle, en régime turbulent est :

ù = 30,73

En effet,

, = 1�� + �+

2= 0,012°�F�

Si �� = //,�B./�,�� = 98,17°�

�+ = //,�B.G�� = 67,3°�

Donc, *" = 7,41. 10�

Ainsi, ℎB = 465,09D !�°�⁄

Et, @�ðñ = 283,65D !�°�⁄ Finalement, nous obtenons la longueur du réfrigérant au niveau du col de cygne :


Promotion 2011

61

ö�ðñ = 0,48!

V.V.V.V. CalculdespertesdechargesCalculdespertesdechargesCalculdespertesdechargesCalculdespertesdechargesLe débit massique de vapeur estï� = 9,5 @A ℎ⁄ , soit 4,47. 10FB!� =⁄ = 4,47 ö =⁄ .

Ainsi, voici les valeurs des pertes de charge :

� Perte de charge linéaire :

Suivant l’équation (4), on trouve :

Δ6ñ = 10,26#

� Perte de charge singulière :

Les accidents sont :

− Un coude arrondi : 1 = 0,35

− Un coude à angle vif : 1 = 1,16

− Rétrécissement : 1 = 1,65

D’où :

Δ62 = 238,646#

Et la perte de charge totale :

Δ6 = Δ6ñ + Δ6� = 252,86#

Faute de rupture de stock sur l’acier inoxydable, on n’a pas pu mettre à terme la

réalisation de notre nouvel alambic. Et par conséquent, nous avons été obligés de

faire la pratique avec l’alambic de petite capacité modifié.


Promotion 2011

62

3ème PARTIE :

APPLICATION A L’EXTRACTION

DES HUILES ESSENTIELLES




Promotion 2011

63

Chap. 07 : Optimisation de l’extraction d’huile essentielle

d’Helichrysum gymnocephalum

I- Description, propriétés et utilisations de la plante

IIII----1111---- Description de la planteDescription de la planteDescription de la planteDescription de la plante :::: [16], [18][16], [18][16], [18][16], [18], , , , [[[[28282828]]]],,,, [[[[37373737]]]],,,, [[[[46464646]]]] I-1-1- Récolte:

La période de récolte doit se faire en période de croissance végétative de la

plante, moment où le végétal est le plus concentré en « essence », cette période de

croissance est du mois de Septembre jusqu’au mois de Juin ; et la floraison s’étale

du mois de Février au mois d’Avril (pendant la saison de pluie). La récolte se fait par

cueillette manuelle ou mécanique des feuilles.

I-1-2- Ecologie de la plante et répartition géographique : [10], [21]

L’Helichrysum gymnocephalum est une plante endémique de notre île.

Généralement, cette plante vivace est très fréquente sur les hauts-plateaux de

Madagascar, elle pousse :

� Dans les rocailles siliceuses, les talus et endroits secs (cas d’Ankazobe : le

Tampoketsa)

� dans les forêts des hautes terres centrales de Madagascar

� Au bout des rivières (Ambohitrolomahitsy et Sadabe),

� Dans les zones humides en moyenne altitude (Moramanga),

� Au milieu de la végétation éricoïde des sommets, dans le massif du

Tsaratanana (au Nord), le massif de l’Andrangovalo (à l’Est du Lac Alaotra) ou

le massif de l’Ankaratra (au Sud d’Antananarivo)

Pour la notre, la plante a été cueillie à 41 km d’Ankazobe, à 135 km au Nord

d’Antananarivo, dans l’immense plateau du Tampoketsa, à environ 1300 à 1800m

d’altitude.


Promotion 2011

64

Une abondance en Rambiazina a été remarquée à une altitude de 1500m, à une

latitude 18°06’11.43s (S) et à une longitude 47°10’5 8.74s (E) ; nous avons remarqué

l’absence du végétal à une altitude en-dessous de 1200m.

Cette région jouit d’un climat tropical d’altitude avec des moyennes annuelles de

1500 mm de précipitation et de 16°C de température e nviron.

I-1-3- Biosystématique du Rambiazina :

L’ Helichrysum gymnocephalum (DC) H. Humbert fait partie de la famille des

Asteraceae [Bercht&J. Presl (1920)] ou des Compositeae [Giseke (1792)], qui, avec

plus de 20000 espèces réparties en 1500 genres, forment la plus grande famille de

plantes dicotylédones du règne. Un très grand nombre des végétaux de cette famille

sont aromatiques dont le genre Helichrysum (du grec « helios » : soleil et de

« chrysos » : or). On estime environ 600 espèces du genre Helichrysum.

Selon la classification de Cronquist, elle est classifiée botaniquement comme suit :

Règne : Végétal

Sous-règne : Tracheobionta

Division : Magnoliophyta

Classe : Magnoliopsideae

Sous-classe : Asterideae

Ordre : Asterales

Famille : Asteraceae ou Compositeae

Genre : Helichrysum

Espèce : gymnocephalum

I-1-4- Dénominations

☯ Noms vulgaires :

Immortelle, immortelle à tête nue, Hélichryse à capitules nus (Français)

Everlasting (Anglais)


Promotion 2011

65

☯ Noms vernaculaires :

Rambiazina vavy

Rambiasina, Rambiazina

Manitranketsany

I-1-5- Description botanique

C’est un arbuste aromatique de 0.5 à 4 m de hauteur, ayant des rameaux

ultimes couverts d’un fin duvet blanchâtre. Les feuilles avec trois nervures principales

en dessous sont lancéolées et longuement atténuées vers la base en pétioles courts,

couvertes sur les deux faces d’un tomentum aranéeux, elles sont plus larges que

celles de l’Hélichryse mâle. La face supérieure des feuilles est de couleur vert vif,

tandis que la face inférieure est vert-gris pâle, et la tige est jaune.

Les capitules homogames sont petits (de 3 à 4m), serrés en petits glomérules aux

sommets des corymbes. L’involucre possède des bractées régulièrement imbriqués,

tomenteuses et de couleur jaune soufre pour certaines. Les fleurs sont toutes

homogames.

Figure 29: Cliché du Rambiazina de la région du Tam poketsa


Promotion 2011

66

IIII----2222---- Propriétés et utilisation de la plantePropriétés et utilisation de la plantePropriétés et utilisation de la plantePropriétés et utilisation de la plante : : : : Le « Rambiazina vavy » produit une essence obtenue par distillation des feuilles

et des sommités fleuries. Selon le Dr Ch. Ranaivo (1932), cette plante jouit de

propriétés analgésiques, antiseptiques, anti-inflammatoires, astringentes,

désinfectantes, désodorisantes, carminatives, stomachiques et toniques. Selon le Dr

D. Pénoel, elle est particulièrement efficace dans les asthmes et rhinites allergiques

des enfants et sujets sensibles. Son taux élevé en 1,8-cinéole lui confère la propriété

expectorante et respiratoire. Ces feuilles servaient également pour embaumer les

morts.

Elle est surtout utilisée à usage externe : par voie cutanée pure ou diluée, par

massage et friction sur le thorax, par inhalation, olfaction, diffusion atmosphérique,

bain et à usage interne : par voie orale.

Dernièrement a été découvert par Afoulous S. et coll., l’activité cytotoxique,

antimalariale et antioxydante de l’huile essentielle d’Helichrysum gymnocephalum.

II- Etudes antérieures sur les variabilités chimiques de l’huile [2],

[4], [8], [10], [11], [20]

L’analyse des données de la littérature nous informe qu’il existe une importante

variabilité chimique de l’huile essentielle.

(1) En 1998, la composition chimique de l’huile essentielle de Rambiazina a été

passée en revue par Lawrence. Trois études sur l’huile ont été décrites par trois

chercheurs dont Medici et coll. Theron et coll. et Möllenbeck et coll.

(2) Selon la publication dans Flavour and Fragrance Journal le 14 Juillet 2000 sur

les constituants de l’huile essentielle de six espèces d’Helichrysum de Madagascar,

le végétal extrait le mois de Mars 1997, à Anjozorobe, avec un rendement

{� = 0,41% , contient 83,2% de monoterpènes dont 60% de 1,8-cinéole, et 10

sesquiterpènes représentant 8,8% de la composition totale.

(3) Selon le Dr. Jean-François Cavalli, l’analyse de cette huile, après

chromatographie sur colonne ouverte de silice (de type « flash »), a conduit à


Promotion 2011

67

l’identification de quarante sept (47) composants, représentant 96,8% de la

composition chimique globale.

(4) Selon la publication sur « la composition chimique et l’activité cytotoxique,

antimalariale, antioxydante de l’Helichrysum gymnocephalum » par Afoulous S. et

coll., vingt trois (23) composés ont été identifiées dont les majoritaires sont :

• 47,4% de 1,8-cinéole

• 5,6% de bicyclosesquiphellandrène

• 5,6% de ϒ-curcumène

• 5,1% de α-amorphène

• 5% de bicyclogermacrène

Le rendement étant de 0,12%.

(5) Selon le Dr. D. Pénoel dans l’Aromathérapie exactement, les principes actifs

de l’huile sont :

• Monoterpènes (majoritaire)

• Sesquiterpènes

• Aldéhydes terpéniques

• Oxydes terpéniques

Résumons dans le tableau ci-dessous la variabilité de la composition chimique de

cette huile :

Tableau 3: Comparaison de la variabilité de l'huile essentielle de l' Helichrysum Gymnocephalum (1) (2) (3) (4) (5)

1,8-cinéole 14,16-17,2 14,1-20,4 66,7 59,7 59,7-66,3 47,4 14-42

α-pinène - - 2,5 4,9 4,4-3,6 - 4-5

β-pinène 6,4-8,2 3,1-10,6 2,7 3,3 2,6-3,3 - 8-11

limonène - - - 1,7 - - 25-40

sabinène - - - 1,4 - - -

Terpinène -4-

ole - - - 2,6 2,8-33 - -

(E)-

caryophyllène 9,9-12,7 1,2-9,5 3,3 1,6 - - 7-10


Promotion 2011

68

Bicyclosesqui

phellandrène - - - - - 5,6 -

ϒ-curcumène - - - - - 5,6 -

α-amorphène - - - - - 5,1 -

Bicyclogerma

crène - - - - - 5 -

bornéol 10,4-

16,2 - - - - - -

eugénol 2,2-13,5 - - - - - -

3-éthyl -2,5-

diméthylhexa ne-

1,3-diène

- 2,8-17,2 - - - - -

α-farnésène - 1,8-12,7 - - - - -

α-humulène - 0,6-13,2 - 1,8 - - 9-15

p-cymène - - 2,3 6,3 3,6-6,4 - -

citronellal - - - - - - 5

α-terpinéol - - - 1,2 - - -

Caryophyl lène

oxyde - - - 1,6 - - -

Nous remarquons que malgré les variations quantitatives et qualitatives parfois

importantes de la composition chimique, 1,8-cinéole reste toujours le composé

majoritaire de l’huile essentielle de Helichrysum gymnocephalum et cette huile est

très riche en composés monoterpéniques.


Promotion 2011

69

Figure 30: Structure du 1,8-cinéole

III- Extraction de l’huile essentielle d’Helichrysum

gymnocephalum sur l’alambic de départ

Plante : Helichrysum gymnocephalum (Rambiazina vavy)

Date de récolte : 12 Février 2012

Partie distillée : Feuilles fraîches

Masse (matière végétale) : 5000g

Masse d’huile obtenu : m HE obt = 9,1760g

Rendement : R=0,183%

Quantité de distillat obtenu : v distillat tot = 7,000 L

Durée de distillation : 3h

IV- Etude cinétique d’extraction sur l’alambic modifié:

IVIVIVIV----1111---- Définition:Définition:Définition:Définition: La cinétique d’extraction consiste au prélèvement du distillat à intervalles de

temps réguliers. Chaque mélange obtenu se distingue par son volume et son

pourcentage en huile essentielle.

IVIVIVIV----2222---- AAAA partir des feuilles fraîches partir des feuilles fraîches partir des feuilles fraîches partir des feuilles fraîches :::: Voici les données caractéristiques de l’extraction pratiquée :


Promotion 2011

70

Plante : Helichrysum gymnocephalum (Rambiazina vavy)

Date de récolte : 07 Mars 2012

Partie distillée : Feuilles fraîches


Prélèvement du distillat : toutes les 30 minutes




Durée de distillation : 4h

Tableau 4: Résultat de la cinétique d'extraction de s feuilles fraiches 1 2 3 4 5 6 7 8

Début

Fin

9h45

10h15

10h15

10h45

10h45

11h15

11h15

11h45

11h45

12h15

12h15

12h45

12h45

13h15

13h15

13h45

Durée [mn]

30 30 30 30 30 30 30 30

mHE [g]

0,7782 8,2052 0,2259 0,3006 0,0430 0,1315 0,1254 0,0069

Vdistillat [l]

1,050 1,400 1,050 1,000 0,800 1,200 0,800 0,400

Aspect

distillat Limpide Limpide Limpide Limpide Limpide Limpide Trouble Trouble

Aspect HE

Limpide Limpide Limpide Trouble Trouble

Couleur

HE Jaune

Odeur HE Fraîche et camphrée

La prise de la quantité de distillat à chaque demi-heure a permis d’obtenir la

courbe suivante, déterminant la cinétique d’extraction de l’huile essentielle du

Rambiazina.


Promotion 2011

71

Figure 31: Cinétique d'extraction de l'huile essent ielle de Rambiazina en fonction du temps

Analyse qualitative de l’huile :

Aspect : limpide

Couleur : jaune

Odeur de l’huile essentielle : fraîche et camphrée

Indice de réfraction : 4 = 1,4607

Densité : � = 0,957

Pouvoir rotatoire : �� = −3°

Les résultats des analyses par chromatographie en phase gazeuse, déterminé

à l’aide de l’injection d’EMAG, effectuée au Laboratoire d’Analyse des Huiles

Essentielles sont résumés par le tableau ci-dessous :

Tableau 5: Composition chimique centésimale des fra ctions d'huile essentielle de Rambiazina obtenue par la cinétique de distillation

constituants HG1 [%] HG2 [%] HG3 [%] HG4 [%]

α-thujène 0,33 0,129 0,093 0,172

α-pinène 4,624 2,622 5,037 5,105

α-fenchène - 0,029 - -

camphène 0,083 0,054 0,096 0,095

β-pinène 3,139 2,938 3,731 3,806

sabinène 2,107 1,782 2,143 1,84

0,7782

8,2052

0,2259 0,3006

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 50 100 150

m HE=f(t)

m HE=f(t)


Promotion 2011

72

β-myrcène 1,577 1,533 1,864 1,99

α-terpinène 1,004 1,099 1,401 1,717

limonène - 0,761 1,175 1,316

1,8-cinéole 67,818 70,809 55,494 46,267

ϒ-terpinène 3,234 3,465 4,494 5,241

€-β- ocimène 0,1 - - -

Trans-β-ocimène - - 0,201 0,182

p-cymène 1,596 1,542 2,06 2,271

terpinolène 0,422 0,495 0,663 0,781

δ-élémène 0,112 0,06 0,047 -

α-copaène 0,093 0,077 0,151 0,216

linalol 0,545 0,394 0,443 0,43

β-élémène - 0,037 0,043 0,053

€-β-caryophyllène 1,144 1,003 2,047 2,942

Terpinène-4-ol 2,325 2,252 2,528 2,32

α-humulène 1,194 0,984 2,096 3,16

α-terpinéol 0,684 0,613 0,816 0,726

β-sélinène 1,892 0,363 1,591 1,068

δ-cadinène 0,874 0,735 1,556 2,347

Oxyde de

caryophyllène 0,375 0,311 0,798 1,242

méthyleugénol 0,084 0,084 0,239 0,399

Trans-neuridol 0,149 0,135 0,373 0,635

eugénol 0,093 0,093 0,256 0,437

Total des composés

identifiés connus 96,007 94,399 91,436 86,758

Composants

inconnus 4,403 5,596 8,563 13,679

TOTAL 100,101 99,995 99,997 100,437

Nombre de composés

identifiés 25 27 27 26


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73

Les chromatogrammes ci-dessous des 4 fractions de l’huile essentielle montrent les

constituants qu’elles contiennent respectivement ainsi que leur abondance dans

chaque fraction.

Figure 32: Chromatogramme de la fraction 1


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74




Promotion 2011

75


IVIVIVIV----3333---- DiscussionDiscussionDiscussionDiscussion:::: � Sur l’alambic de départ, une distillation de 3 heures a donné un rendement de

0,183%, tandis qu’en l’améliorant, on a obtenu un rendement de 0,209%

durant 2 heures.

L’extraction sur l’alambic modifié nous permet d’affirmer que :

� La quantité obtenue en huile essentielle diminue en fonction du temps.

� Le distillat devient trouble après trois heures de distillation. La durée de

distillation a donc été optimisée à deux heures pour économie de temps,

d’énergie et pour assurer une meilleur qualité de l’huile obtenue.

� Les principaux constituants caractérisant les 4 fractions HG1, HG2, HG3 et

HG4, analysés par CPG sont :

• 1,8-cinéole : variant de 46,27 à 70,81%

• α-pinène : de 2,62 à 5,10%


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76

• β-pinène : de 2,94 à 3,81%

• sabinène : de 1,78 à 2,14%

• β-myrcène : de 1,53 à 1,99%

• ϒ-terpinène : de 3,23 à 5,24%

• p-cymène : de 1,54 à 2,27%

• terpinène-4-ol : de 2,32 à 2,53%

• α-humulène : 0,98 à 3,16%

• δ-cadinène : 0,735 à 2,35%

On peut en déduire que ces quatre fractions sont identiques vu d’un aspect

qualitatif. Les composés monoterpéniques forment 71,78% à 89,26% de la

composition totale, ils sont majoritaires. Ensuite, s’en suit la fraction

sesquiterpénique, représentant 4 à 6,23%. En effet, certaines molécules comme

α-fenchène, limonène, (E)-β-ocimène, trans-β-ocimène et β-élémène n’existe que

dans certaines fractions, mais à un pourcentage minime inférieur à 0,2% sauf pour le

limonène qui est à 1,316% dans HG4.

Du point de vue quantitatif, la quantité en composés obtenus varie avec le

temps. On récupère le maximum de 1,8-cinéole dans la fraction HG2. La

concentration d’autres composés comme le limonène, le p-cymène, le β-

myrcène croient régulièrement en fonction du temps.

IVIVIVIV----4444---- AAAA partir des partir des partir des partir des feuilles partiellement séchéesfeuilles partiellement séchéesfeuilles partiellement séchéesfeuilles partiellement séchées :::: Cette expérience a servi pour la comparaison des caractéristiques physico-

chimiques du végétal partiellement séché (à l’abri du rayonnement solaire) par

rapport au végétal frais.

Voici les données concernant cette extraction.

Plante : Helichrysum gymnocephalum.

Date de récolte : 07 Mars 2012

Partie distillée : Feuilles partiellement séchées


Durée de la distillation : 1h30

Prélèvement du distillat : Toutes les 30 minutes

Masse d’huile obtenue : m HE = 7,6211g


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77

Rendement : R= 0,238%

Quantité de distillat obtenu : Vdistillat tot=3,500 L

Tableau 6: Résultat de la cinétique d'extraction de s feuilles partiellement séchées

1 2 3

Début

Fin

09h05

09h35

09h35

10h05

10h05

10h35

Durée [min] 30 30 30

mHE [g] 7,4354 0,1857 -

Vdistillat [L] 1,5 2 2

Aspect distillat trouble trouble Limpide

Aspect HE trouble trouble -

Couleur HE Jaune orangé -

Couleur HE après filtration Orangé pâle -

Odeur HE camphrée camphrée -

La quantité d’huile obtenue varie en fonction du temps, selon la courbe suivante :

Figure 36: Variation de la masse d'huile essentiell e en fonction du temps

7,4354

0,1857 0

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 20 40 60 80 100

m HE-S=f(t)

m HE-S=f(t)


Promotion 2011

78

Analyse qualitative :

� Aspect : trouble puis limpide après décantation et filtration

� Couleur : marron puis orange pâle

� Odeur HE : camphrée

� Indice de réfraction : 4� = 1,4605

� Densité : �� = 0,999

� Pouvoir rotatoire : �� = ��é� � (la source lumineuse n’y passe pas)

Soient HE : l’huile extraite du végétal frais, et HE-S l’huile extraite du végétal

partiellement séché.

La comparaison des propriétés organoleptiques et des indices physiques de

l’huile extraite des feuilles fraiches par rapport à celles des feuilles partiellement

séchées se résume comme suit :

Tableau 7 : Caractéristiques physico-chimiques com parées des ’huiles essentielles de l’ Helichrysum Gymnocephalum respectivement fraîche et partiellement séchée

HE HE-S

rendement 0,209% 0,238%

Durée de distillation 2h 1h

Couleur de l’huile Jaune Jaune orangée

Aspect limpide trouble

Odeur de l’huile Fraîche et camphrée camphrée

Densité 0,957 0,999

Pouvoir rotatoire -3° indéfini

Indice de réfraction 1,4607 1,4605

� Les résultats des analyses par CPG ainsi que le profil chromatographique,

effectués au Laboratoire d’Analyse des Huiles Essentielles, sont donnés dans

le tableau ci-dessous, comparés à ceux du végétal frais :


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79

Tableau 8: Compositions chimiques centésimales comp arées de l'huile essentielle des feuilles fraiches et des feuilles partiellement séchées du Rambiazina

Constituants HG2 [%] HG-S [%]

α-thujène 0,129 0,522

α-pinène 2,622 3,235

α-fenchène 0,029 -

camphène 0,054 0,052

β-pinène 2,938 3,299

sabinène 1,782 1,252

β-myrcène 1,533 1,112

α-terpinène 1,099 0,818

limonène 0,761 0,639

1,8-cinéole 70,809 70,984

ϒ-terpinène 3,465 3,109

(E)-β-ocimène - -

Trans-β-ocimène - -

p-cymène 1 ,542 1,183

terpinolène 0,495 0,536

δ-élémène 0,06 0,271

α-copaène 0,077 -

linalol 0,394 0,671

β-élémène 0,037 1,107

(E)-β-caryophyllène 1,003 -

Terpiène-4-ol 2,252 2,008

α-humulène 0,984 1,187

α-terpinéol 0,613 0,510

β-sélinène 0,363 0,272

δ-cadinène géraniol 0,735 1,206

Oxyde de caryophyllène 0,311 0,353

méthyleugénol 0,084 -

Trans-neuridol 0,135 0,776

eugénol 0,093 -


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80

Composants inconnus 5,596 4,895

TOTAL 99,995 99,997

Nombre de composés

identifiés 27 19

Figure 37: Chromatogramme de l'extrait partiellemen t séché HG-S

IVIVIVIV----5555---- InterprétationInterprétationInterprétationInterprétation � Les indices physiques et le profil chromatographique nous montrent qu’on est

en présence de la même huile.

� De plus, à la troisième demi-heure, on ne récupère plus d’huile, d’où

l’optimisation de la distillation du végétal partiellement séché à une (1) heure .

Du point de vue économie de temps et d’énergie, et ayant le même rendement

que l’extrait frais, la distillation des feuilles partiellement séchées est rentable

pour l’obtention d’huile essentielle de Helichrysum Gymnocephalum.


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81

Cependant, nous constatons que l’huile essentielle obtenue est trouble. Et l’aspect

trouble de cette huile a été une objection sur la détermination du pouvoir rotatoire de

l’huile HE-S. La source lumineuse n’y passe pas.

V- Analyse, et comparaison

� On note une amélioration considérable de l’extraction après modification de

l’alambic: avant l’optimisation, une extraction de trois heures donne un

rendement de 0,183%, tandis qu’après la modification, une extraction de deux

heures de temps donne un rendement de 0,209%.

� L’utilisation du strict nécessaire en eau de chaudière pour la distillation permet

de diminuer la consommation de combustible.

� Tant du point de vue quantitatif que qualitatif, les deux huiles de l’extrait frais

et de l’extrait partiellement séché sont à peu près les mêmes. Le rendement

en extrait partiellement séché est légèrement supérieure, mais avec un temps

de distillation plus court : 0,238% pour une heure d’extraction contre 0,209%

en deux heures d’extraction pour l’extrait frais. Cependant, l’huile essentielle

du premier est trouble, et le pouvoir rotatoire n’a pas pu être déterminé.

� Remarquons qu’après décantation d’environ 10 jours, l’huile de l’extrait

partiellement séché devient limpide.


Promotion 2011

82

Chap. 08 : Extraction et étude de la composition chimique de

l’huile essentielle d’Athanasia brownii

I. Description de la plante [16], [19], [28], [37], [46]

I.1.I.1.I.1.I.1. Récolte Récolte Récolte Récolte La période de récolte doit se faire en pleine saison de pluie, c’est-à-dire en

période de croissance végétative : du mois de Novembre au mois de Mai. La récolte

a été effectuée à Ambatofotsy Antananarivo, de latitude 19°05’ Sud et de longitude

47°33’ Est, route du Sud, à 1h de route partant de la ville, à une altitude de 1600 m.

Et la floraison s’étale du mois d’avril au mois de septembre.

I.2.I.2.I.2.I.2. Ecologie eEcologie eEcologie eEcologie et répartition géographique du végétalt répartition géographique du végétalt répartition géographique du végétalt répartition géographique du végétal Selon H. Humbert, cette plante est localisée dans l’Imerina et le pays

Betsileo : aux environs de Miarinarivo, dans le Massif de l’Ankaratra, dans le Massif

d’Andringitra, dans le district d’Ambatofinandrahana, à Betroka.

Selon Schatz et al. dans «Catalogue of the Vascular Plants of

Madagascar », elle se localise généralement dans les hautes terres centrales de la

grande île, à une altitude allant de 1500m à 2200m. Les premières découvertes

furent effectuées par ROUSSON en 1899 à Itasy (Antananarivo), puis par H. Perrier

de la Bâthie en 1912, à Haute-Matsiatra (Fianarantsoa), à une altitude de 1600m et

en 1913 à Vakinankaratra à une altitude de 2200m. Jean-Henri HUMBERT à

découvert, en 1955, l’existence de cette plante à Amoron’i Mania, à une altitude de

1500 à 1700m.

L’Athanasia brownii ne pousse que sur les endroits rocailleux (sur sol siliceux) un

peu humide, de préférence au bord des dépressions marécageuses ou de ruisselets.

I.3.I.3.I.3.I.3. BBBBiosystématique de la planteiosystématique de la planteiosystématique de la planteiosystématique de la plante L’Athanasia brownii (Hochr) ou Inulanthera brownii (Hochr.) Källersjö est une

plante endémique malgache n’ayant pas encore été objet de toute recherche


Promotion 2011

83

scientifique. Elle fait aussi partie de la famille des Asteraceae du genre Inulanthera

ou Athanasia. Le genre Inulanthera comprend 10 espèces.

Athanasia est un nom grec qui veut dire « immortalité » en français.

Selon la classification de Cronquist, elle est classifiée botaniquement comme suit :

Règne : Plantae (plante vasculaire)

Sous-règne : Tracheobionta

Embranchement : Spermatophyta (plantes à graines)

Sous-embranchement : Angiospermeae (plantes à fleurs)

Division : Magnoliophyta

Classe : Magnoliopsidaea

Sous-classe : Asterideae

Ordre : Asterales

Famille : Asteraceae ou Compositeae

Sous-famille : Asteroideae

Tribu : Anthemideae

Genre : Inulanthera

Espèce : brownii

I.4.I.4.I.4.I.4. Dénominations Dénominations Dénominations Dénominations On l’appelle communément kelimavitrika, mampajengy, ramijaingy, ramizengy.

I.5.I.5.I.5.I.5. Description botanique de la planteDescription botanique de la planteDescription botanique de la planteDescription botanique de la plante C’est une plante suffrutescente (6 à 10 dm) à rameaux dressés, striés, munis d’un

tomentum aranéeux lâche et caduc. Feuilles alternes à contour spatulé (de 25-30 x

8-10mm), présentant dans le haut 5 à 7 dents obtuses larges et profondes, à limbe

fortement atténué (subpétiolé) et entier dans les 4/5 ou 2/3 inférieures, à mince

tomentum grisâtre-argenté très apprimé sur les 2 faces, rapprochées (bien plus

longues que les entre-nœuds). Les capitules de 5∗3 mm de diamètre sont à

pédoncules courts. L’involucre est obconique –campanulé à bractées nombreuses

graduellement imbriquées, lancéolées- aigües ou subaigües, à marge scarieux

finement fimbriée, un peu aranéeuses et munies de glandes sessiles ; les fleurs sont


Promotion 2011

84

toutes tubuleuses, femelles, jaunes. Les akènes sont glabres à 10 côtes prolongées

en écaille au sommet.

Figure 38: Cliché de l'Athanasia brownii

II. Propriétés et utilisations en médecine traditionnelle

[31], [38], [50]

On consomme le kelimavitrika sous forme de tisane. Cette plante est

généralement indiquée pour les enfants qui ont besoin d’équilibrer le taux de sucre

dans leur sang. Pour les moins de 2 ans, une cuillère à soupe au quotidien de cette

tisane suffit.

On le mélange soit avec Smilax kraussiana = avoatra et Senecio canaliculatus, soit

avec le Cynanchum sp. = vahitsiafototra.

Quelques analyses de l’huile essentielle d’Athanasia brownii au laboratoire de

l’Université de Camerino ont montrées sa cytotoxicité envers les cellules tumorales,

ainsi que son effet antioxydant et antimicrobien.


Promotion 2011

85

III. Extraction et analyse de l’huile obtenue

IIIIIIIIIIII----1111---- Extraction des feuilles fraîches du Extraction des feuilles fraîches du Extraction des feuilles fraîches du Extraction des feuilles fraîches du végétalvégétalvégétalvégétal Plante : Athanasia brownii

Date de récolte : 08 Juillet 2012

Partie distillée : feuilles fraîches





Durée de distillation : 2h30

IIIIIIIIIIII----2222---- AAAAnalyse nalyse nalyse nalyse de la de la de la de la composition chimique de l’huile essentiellecomposition chimique de l’huile essentiellecomposition chimique de l’huile essentiellecomposition chimique de l’huile essentielle L’huile essentielle du Ramijaingy a été analysée au laboratoire de l’Ecole de

Pharmacie, Université de Camerino (Italie) par chromatographie en phase gazeuse

couplée à la spectrométrie de masse

Tableau 9: Composition chimique de l'huile essentie lle d' Athanasia brownii N. Componenta RFb RI calc.c RI lit.d %e ID f

apolar phase polar phase

HP-5MS

DB-Wax

ADAMS NIST08 NIST08

1 α-pinene 1.08 932 1026 939 931 1027 0.6 Std

2 camphene 1.08 945 1070 954 945 1070 0.1 Std

3 sabinene 1.08 971 1124 975 971 1124 0.1 RI,MS

4 β-pinene 1.08 974 1112 979 973 1113 0.2 Std

5 myrcene 1.08 991 1166 990 989 1167 0.4 Std

6 isoamyl isobutyrate 1.45 1017 1009 1017 0.2 RI,MS

7 p-cymene 1.09 1026 1270 1024 1026 1270 0.1 Std

8 limonene 1.08 1030 1198 1029 1028 1198 0.3 Std

9 1,8-cineole 1.40 1032 1211 1031 1032 1211 1.8 Std

10 γ-terpinene 1.08 1061 1247 1059 1062 1247 0.2 Std

11 linalool 1.40 1100 1556 1096 1101 1558 0.4 Std

12 isopentyl 2-methyl butanoate

1.45 1100 1281 1100 1100 1280 0.1 RI,MS


Promotion 2011

86

13 n-nonanal 1.65 1106 1393 1100 1106 1393 Trg RI,MS

14 n-undecane 0.96 1106 1100 1100 Tr Std

15 isopentyl isovalerate

1.45 1108 1297 1103 1109 1296 0.1 RI,MS

16 borneol 1.40 1164 1700 1169 1164 1700 0.4 Std

17 terpinen-4-ol 1.40 1176 1601 1177 1176 1599 0.3 Std

18 α-terpineol 1.40 1189 1700 1188 1189 1700 0.1 Std

19 isobornyl formate 1.45 1234 1239 1568 1239 1574h 0.1 RI,MS

20 piperitone 1.40 1253 1716 1252 1253 1717 0.1 Std

21 bornyl acetate 1.45 1283 1576 1288 1284 1575 0.2 Std

22 eugenol 1.68 1358 2163 1359 1358 2164 0.1 Std

23 α-copaene 1.05 1370 1484 1376 1370 1485 Tr RI,MS

24 β-bourbonene 1.05 1377 1509 1388 1377 1510 Tr RI,MS

25 β-panasinsene 1.05 1389 1382 1385 0.3 RI,MS

26 (E)-caryophyllene 1.05 1409 1586 1419 1410 1587 2.1 Std

27 α-trans-bergamotene

1.05 1432 1580 1434 1432 1586 0.3 RI,MS

28 aromadendrene 1.05 1440 1632 1441 1440 1632 0.1 RI,MS

29 α-humulene 1.05 1445 1658 1454 1445 1658 2.4 Std

30 allo-aromadendrene 1.05 1452 1634 1460 1452 1635 0.3 RI,MS

31 geranyl acetone 1.40 1455 1854 1455 1455 1854 1.3 RI,MS

32 (E)-β-farnesene 1.05 1458 1666 1456 1458 1666 0.1 RI,MS

33 germacrene D 1.05 1471 1485 1473 0.1 RI,MS

34 γ-selinene 1.05 1475 1680 1477 1685 1.1 RI,MS

35 ar-curcumene 1.05 1479 1767 1480 1479 1767 1.5 RI,MS

36 δ-selinene 1.05 1483 1713 1492 1483 1717 0.7 RI,MS

37 β-dihydroagarofuran

1.20 1488 1709 1503 1495h 1706h 0.3 RI,MS

38 α-muurolene 1.05 1494 1716 1500 1494 1716 0.2 RI,MS

39 β-bisabolene 1.05 1504 1721 1505 1504 1720 0.4 Std

40 7-epi-α-selinene 1.05 1507 1749 1522 1514h 1.2 RI,MS

41 δ-cadinene 1.05 1517 1749 1523 1517 1749 0.8 RI,MS

42 α-agarofuran 1.20 1535 1877 1550 1536h 1861h 0.2 RI,MS

43 α-calacorene 1.05 1535 1901 1545 1528h 1906h 0.2 RI,MS

44 cis-cadinene ether 1.20 1548 1872 1553 0.2 RI,MS

45 β-calacorene 1.05 1558 1945 1568 1548h 0.2 RI,MS

46 palustrol 1.20 1558 1918 1568 1557 1915 0.2 RI,MS

47 (E)-nerolidol 1.20 1564 2049 1563 1564 2049 4.9 Std

48 spathulenol 1.20 1568 2123 1578 1569 2124 0.6 RI,MS

49 caryophyllene oxyde

1.20 1572 1969 1583 1572 1967 8.7 Std

50 viridiflorol 1.20 1592 1592 1592 0.8 RI,MS


Promotion 2011

87

51 humulene epoxyde II

1.20 1597 2026 1608 1598 2026 5.1 RI,MS

52 10-epi-gamma-eudesmol

1.20 1608 2099 1623 1609h 2094h 1.4 RI,MS

53 1,10-di-epi-cubenol

1.20 1620 2061 1619 2.4 RI,MS

54 muurola-4,10(14)-dien-1-β-ol

1.20 1622 2308 1631 1625h 1.1 RI,MS

55 caryophylla-4(12),8(13)-dien-5α-ol

1.20 1622 2288 1640 1.1 RI,MS

56 caryophylla-4(12),8(13)-dien-5β-ol

1.20 1627 2294 1640 1.7 RI,MS

57 α-eudesmol 1.20 1644 2215 1653 1644 2212 1.7 RI,MS 58 selin-11-en-4-α-ol 1.20 1649 2226 1659 1655h 24.6 RI,MS

59 helifolenol A 1.20 1656 1675 0.7 RI,MS

60 (Z)-α-santalol 1.20 1656 2372 1675 1660 0.7 RI,MS

61 M+ 222 69(100) 95(96) 109(87) 179(72) 41(67) 93(60) 137(55) 107(2) 55(2) 67(2)

1.20 1663 2282 4.5 MSi

62 α-bisabolol 1.20 1679 1685 1680 Tr RI,MS

63 eudesma-4(15),7-dien-1β-ol

1.20 1685 2299 1688 0.9 RI,MS

64 (Z)-apritone 1.20 1694 1689 0.6 RI,MS

65 cedr-8-en-15-ol 1.20 1697 2375 3.2 MSi

66 14-hydroxy-α-humulene

1.20 1700 1714 Tr RI,MS

67 (Z)-α-trans-bergamotol

1.20 1704 2394 1690 1703 1.1 RI,MS

68 (E)-nerolidyl acetate

1.45 1714 1717 1715 0.1 RI,MS

69 (Z)-nuciferol 1.20 1720 2542 1725 0.4 RI,MS

70 (E)-nuciferol 1.20 1740 2577 1756 0.6 RI,MS

71 3,7,11-trimethyl-dodeca-2,6,10-trienoic acid

1.20 1753 2822 0.2 MSi

72 M+ 220 93(100) 43(50) 133(44) 79(42) 91(40) 119(36) 41(34) 121(33) 120(32) 69(31)

1.20 1759 2.3 MSi

73 8-cedren-13-ol acetate

1.45 1773 1788 0.5 RI,MS

74 β-bisabolenol 1.20 1783 2562 1789 1.1 RI,MS


Promotion 2011

88

75 geranylgeraniol 1.43 2166 2829 2201 0.4 MSi

Total identified (%) 84.4

74 composés sont identifiés dans l’huile essentielle d’Athanasia brownii, constituant

84,4% de la composition chimique totale, dont :

Les monoterpènes hydrocarbonés forment 1,8% de la totalité

Les monoterpènes oxygénés sont de 4,3%

Les sesquiterpènes hydrocarbonés sont de 11,9%

Les 71,2% appartiennent aux sesquiterpènes oxygénés

Les esters représentent 1,3%

D’autres composés forment 0,7% de la composition chimique

totale.

Le chromatogramme obtenu est représenté comme suit :


Promotion 2011

89

Figure 39: Chromatogramme de l'huile essentielle d' Athanasia brownii


Promotion 2011

90

IV. Discussion

� La composition chimique de l’huile essentielle d’Athanasia brownii est d’une

importance capitale. Les composés majoritaires à 71,2% sont les

sesquiterpènes oxygénés, dont le selin-11-en-4-α-ol (24,6%), le caryophyllène

oxyde (8,7%), l’humulène époxyde II (5,1%), l’E-nérolidol (4,9%) et une

molécule non encore connue de masse M+ 222 (4,5%).

Les structures de ces composés majoritaires sont les suivants :

Figure 40: Structure des composés majoritaires de l ’huile essentielle d’ Athanasia brownii

Les spectres de masse des sesquiterpènes oxygénés inconnus dans le Tableau 9

(n° 61 et 72) sont représentés ci-dessous :


Promotion 2011

91

l

Figure 41: Spectre de masse des composés n°61 et 72 de l'huile essentielle d' Athanasia brownii

� D’après les manipulations antérieures effectuées, il est à remarquer que

l’utilisation d’un alambic de grande capacité (200 à 300 kg) est plus

performante du point de vue quantitatif. L’extraction sur le petit alambic (6 à 10

kg) donne un rendement de 2,8 mL d’huile par kilogramme de végétal à

distiller, pourtant sur l’alambic de grande capacité, un kilogramme de végétal

donne 8 mL d’huile essentielle.


Promotion 2011

92

Par ailleurs, d’après les récoltes effectuées, l’Athanasia brownii est spécifique

pour les endroits rocailleux. Sur ce, il est difficile de trouver de matières

végétales en grande quantité. Nous sommes donc contraints d’utiliser

l’alambic de petite capacité. Cependant, la quantité d’huile obtenu sur ce

dernier n’a pas suffit pour plus d’analyses physico-chimiques et biologiques.


Promotion 2011

93

CONCLUSION

Depuis 4 500 ans en Chine, il y a 3 000 ans en Egypte, les hommes faisaient

un usage important des plantes aromatiques pour soigner les malades, pour les

pratiques magiques et rites religieux et pour la parfumerie. L’utilisation des huiles

essentielles était aussi d’une pratique courante chez les Grecs.

L’extraction d’huile essentielle peut s’effectuer suivant plusieurs méthodes

mais la distillation par entrainement à la vapeur s’avère plus pratique et plus efficace.

Néanmoins, sa manipulation nécessite une grande attention.

Dans ce travail, notre objet d’étude a été l’amélioration d’un ancien alambic de

petite capacité et le dimensionnement d’un appareillage de distillation de capacité

moyenne pour l’optimisation d’extraction de l’huile essentielle d’Helichrysum

gymnocephalum ou Rambiazina vavy en faisant une étude cinétique de la distillation

et l’étude de la composition chimique de l’huile essentielle d’Athanasia brownii.

Les extractions ont été effectuées sur l’ancien alambic modifié, car, faute de

rupture de stock du matériau de construction, la réalisation n’a pas pu aboutir.

Pour cela, nous avons remarqué un meilleur rendement de 0,209% pour 2h de

distillation, au lieu de 0,183% à 3h de distillation, pour l’Helichrysum gymnocephalum

frais.

L’Athanasia brownii, est une plante aromatique qui n’a pas encore été étudiée

jusqu’à présent. Dans cette extraction, le rendement a été de 0,0816% pour 2h30 de

distillation, et nous avons trouvé comme composé majoritaire le sélin-11-4-α-ol à

24%. Malheureusement, l’insuffisance de matière végétale ne nous a pas permis

d’effectuer le calcul des indices physiques et l’activité biologique de l’huile

essentielle.

Pour les prochaines recherches, on peut se focaliser sur l’étude approfondie

de l’activité biologique de l’huile essentielle d’Athanasia brownii, extraite avec le

nouvel alambic dimensionné.


Promotion 2011

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[51] http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/physique/chim/chromato01/chromato.pdf;

22/10/2012.


a

ANNEXES

ANNEXE 1 : DETERMINATION DE L’INDICE DE REFRACTION SELON AFNOR T 75-112

1. DEFINITION

L’indice de réfraction d’une huile essentielle est le rapport entre le sinus de l’angle

d’incidence et le sinus de l’angle de réfraction d’un rayon lumineux de longueur d’onde

déterminée, passant de l’air dans l’huile essentielle maintenue à une température constante.

2. PRINCIPE

Suivant le type d’appareil utilisé, soit mesurage direct de l’angle de réfraction, soit

observation de la limite de réflexion totale, l’huile étant maintenue dans des conditions

d’isotropisme et de transparence.

3. APPAREILLAGE

• Réfractomètre

Utiliser un refractomètre classique permettant la lecture directe d’indices de réfraction

situées entre 1,300 0 et 1,700 0 avec une précision de ±0,0002.

Ajuster l’appareil de manière à donner, à la température de 20°C, les indices de réfraction

suivants :

� 1,3330 pour l’eau distillée,

� 1,4906 pour le p-cymène,

� 1 ,5685 pour le benzoate de benzyle,

� 1,6585 pour le bromo-1 naphtalène.

Les produits étalons doivent être purs, de qualités pour réfractométrie.

Certains appareils peuvent aussi être ajustés au moyen d’une lame de verre d’indice de

réfraction connu, selon les indications fournies par le fabricant de l’appareil.

• Dispositifs pour la stabilisation de la température

Utiliser n’importe quel dispositif, par exemple un thermostat, faisant circuler un courant

d’eau dans le réfractomètre et permettant ainsi de maintenir l’appareil à la température

convenable(à ± 0,2).


b

• Source lumineuse

Effectuer les déterminations à la lumière du sodium, ou, si le réfractomètre est muni d’un

compensateur achromatique, à la lumière diffuse du jour ou d’une lampe électrique.

4. MODE OPERATOIRE

Faire passer un courant d’eau dans le refractomètre afin de maintenir l’appareil à la

température à laquelle des lectures doivent être effectuées. Cette température ne doit pas

différer de la température de référence de plus de ±0,2°�, et doit être maintenue à ±0,2°�.

Avant de le placer dans l’instrument, porter l’échantillon pour essai à une température à peu

près égale à celle à laquelle le mesurage doit être effectué.

Attendre, pour effectuer la lecture, que la température soit stable.

5. EXPRESSION DES RESULTATS

L’indice de réfraction (�� ) à la température de référence (t) est donné par la formule :

�� = ��

�′ + 0,0004(¢ ′ − ¢)

Où :

��′ : Valeur de la lecture, à la température t’, à laquelle a été effectuée la détermination.

La précision du réfractomètre est de ±0,0002 .


c

ANNEXE 2 : DETERMINATION DU POUVOIR ROTATOIRE SELO N

AFNOR T 75-113

1. DEFINITION

� Pouvoir rotatoire d’une huile essentielle �� : angle, en [milliradians ou degrés

d’angle] dont tourne le plan de polarisation d’une radiation lumineuse de longueur

d’onde 589,3�! ± 0,3�!, correspondant aux raies D du sodium, quand celle-ci

traverse une épaisseur de 100 mm de l’huile essentielle dans des conditions

déterminées de température.

� Pouvoir rotatoire d’une huile essentielle en solution ou « pouvoir rotatoire

spécifique apparent : quotient du pouvoir rotatoire �� de la solution d’huile

essentielle par la masse d’huile essentielle contenue dans l’unité de volume.

2. APPAREILLAGE

� Polarimètre

Polarimètre de précision au moins égale à ±0,5!"#�(±0,03°), et réglée de façon à

donner 0° et 180° avec l’eau.

L’appareil doit être utilisé dans des conditions de stabilité, et à l’obscurité dans le cas des

polarimètres non électroniques.

� Source lumineuse

On peut utiliser un dispositif quelconque permettant d’obtenir une lumière de longueur

d’onde 589,3�! ± 0,3�!, de préférence une lampe à vapeur de sodium.

3. MODE OPERATOIRE

Allumer la source lumineuse et attendre jusqu’à l’obtention d’une bonne luminosité.

Remplir le tube avec l’échantillon pour essai, en s’assurant qu’il ne reste aucune bulle

d’air interposée

Placer le tube dans le polarimètre et lire l’angle de rotation dextrogyre (+) ou lévogyre (-)

de l’échantillon pour essai sur l’échelle de l’appareil.

Effectuer au moins trois mesurages sur le même échantillon pour essai.

Prendre comme résultat la moyenne des valeurs obtenues pour trois mesurages, à

condition qu’elles ne diffèrent pas entre elles de plus de 1,4!"#�(0,08°).


d

ANNEXE 3 : DETERMINATION DE LA DENSITE RELATIVE A 2 0°C SELON AFNOR

NF T 75-111

1. Définition

La densité relative à 20°C d’une huile essentielle est le rapport de la masse d’un

certain volume d’une huile essentielle à 20°C à la masse d’un égal volume d’eau distillée à

20°C.

Cette grandeur est sans dimension et son symbole est ��.

2. Principe

A l’aide d’un pycnomètre, pesées successives de volumes égaux d’huile essentielle et d’eau,

à la température 20°�.

3. Appareillage

• Pycnomètre en verre

• Balance analytique

4. Mode opératoire

• Préparation du pycnomètre :

Nettoyer soigneusement puis rincer le pycnomètre, par exemple au moyen d’éthanol puis

d’acétone, et le sécher en faisant passer un courant d’air sec. Si nécessaire, essuyer

l’extérieur du pycnomètre avec un chiffon sec ou un papier filtre.

• Pesée de l’eau distillée :

Remplir le pycnomètre avec de l’eau distillée récemment bouillie, puis refroidie aux environs

de 20°�. Peser le pycnomètre plein, muni de son bouchon s’il y a lieu, à 1!A près.

• Pesée de l’huile essentielle :

Vider le pycnomètre, puis le rincer et le sécher. Effectuer les mêmes opérations que

précédemment, en remplaçant l’eau par l’échantillon pour essai.

5. Expression des résultats

La densité relative (��) est donnée par la formule suivante :


e

�� = !� − !�

!� − !�

!�[A] : Masse du pycnomètre à vide

!�[A] : Masse du pycnomètre rempli d’eau

!�[A] : Masse du pycnomètre rempli d’huile essentielle


f

ANNEXE 4 : DETERMINATION DE L’INDICE D’ACIDE I.A SE LON AFNOR

NF T 75-103

1. Définition

L’indice d’acide IA est le nombre de milligrammes d’hydroxyde de potassium

nécessaire à la neutralisation des acides libres dans 1g d’huile essentielle.

2. Principe

On neutralise des acides libres par une solution éthanolique d’hydroxyde de potassium KOH

titrée.

3. Réactifs

o Ethanol 90°

o Solution éthanolique d’hydroxyde de potassium titrée, CKOH=O,1 N

o Phénolphtaléine (indicateur coloré).

4. Matériels

o Une fiole de 100 ml

o Une pipette de capacité 5 ml

o Une burette de capacité 25 ml, graduée en 0,1 ml

o Une balance analytique.

5. Mode opératoire

On pèse 2A ± 0,05A de l’échantillon d’huile essentielle. On introduit cette prise d’essai dans

la fiole. On ajoute 5ml d’éthanol et 5 gouttes de solution de phénolphtaléine comme

indicateur coloré et on neutralise le liquide avec la solution d’hydroxyde de potassium titrée

contenue dans la burette.


L’indice d’acide I.A est donné par la formule :

õø = 5,61ý!

V [ml] : Volume de la solution d’hydroxyde de potassium utilisée.

m [g] : Masse de la prise d’essai


g

ANNEXE 5 : DETERMINATION DE L’INDICE D’ESTER I.E SE LON NF T 75-104

1. Définition

L’indice d’ester IE est le nombre de milligrammes d’hydroxyde de potassium

nécessaire à la neutralisation des acides libérés par l’hydrolyse des esters contenus dans 1 g

d’huile essentielle.

2. Principe

On hydrolyse des esters par chauffage, dans des conditions définies, en présence d’une

solution éthanolique titrée d’hydroxyde de potassium, et on dose l’excès d’alcali par une

solution titrée d’acide chlorhydrique.

3. Réactifs

o Ethanol 90°

o Solution éthanolique d’hydroxyde de potassium titrée cKOH=0,5 mol/l

o Phénolphtaléine (indicateur coloré).

4. Appareillage

o Un dispositif de saponification comprenant un ballon en verre résistant aux

alcalis, de capacité 100 ml à col rodé auquel peut être adapté un tube en

verre à extrémité rodée, servant de réfrigérant à reflux.

o Un chauffe-ballon

o Une pipette de capacité 5ml

o Une burette de capacité 25 ml, graduée en 0,1ml

o Une balance analytique.

5. Mode opératoire

On pèse 2A ± 0,05A de l’échantillon d’huile essentielle. On introduit cette prise d’essai dans

le ballon. On ajoute à l’aide d’une burette 25ml de la solution d’hydroxyde de potassium.

Chauffer le ballon avec son contenu pendant une heure. Ensuite, on laisse refroidir et on y

ajoute 20 ml d’eau distillée puis 5 gouttes de la solution de phénolphtaléine. Enfin, on titre

l’excès d’hydroxyde de potassium avec la solution d’acide chlorhydrique.

Parallèlement à cette manipulation, nous devons effectuer un essai à blanc, dans les mêmes

conditions et en utilisant les mêmes réactifs à la seule différence de l’absence de la prise

d’essai.


h


L’indice d’ester IE est donné par la formule :

õ÷ = 28,05! dý� − ý�e − õø

Où

ý� [!�] : Volume de la solution d’acide chlorhydrique utilisé pour l’essai à blanc

ý�[!�] : Volume de la solution d’acide chlorhydrique utilisé pour la détermination

! [A] : Masse de la prise d’essai

õø : La valeur de l’indice d’acide déterminée précédemment selon NF T 75-103.


i

ANNEXE 6 : EVALUATION DE LA MISCIBIILTE A L’ETHANOL SELON NF T 75-101

1. Définition

Une huile essentielle est dite miscible à V volumes et plus d’éthanol de titre

alcoométrique déterminé, à la température de 20°C, l orsque le mélange de 1 volume d’huile

essentielle considéré avec V volumes de cet éthanol est limpide et le reste après addition

graduelle d’éthanol de même titre, jusqu’à un total de 20 volumes.

2. Principe

Mesure graduelle à une prise d’essai de l’huile essentielle, à la température de 20°C

d’éthanol de titre alcoométrique convenable.

3. Appareillage

o Burette de 25 ou 50 mL

o Pipette ou balance analytique, selon le cas

o Eprouvette ou fiole de 25 ou 30 mL, munie d’un bouchon inattaquable par l’éthanol et

par l’huile essentielle à examiner.

4. Mode opératoire

Ajouter à l’aide de la burette un mélange hydro-éthanolique de titre alcoométrique déterminé

et préalablement amené à une température de 20°C±0,2°C, par fractions de 0,1mL, jusqu’à

miscibilité complète en agitant énergiquement après chaque addition. Lorsque le mélange

est parfaitement limpide, noter le volume du mélange hydro-éthanolique utilisé.

Poursuivre l’addition du mélange hydro-éthanolique, par fractions de 0,1 mL jusqu’à un total

de 20 mL en n’oubliant pas d’agiter après chaque addition. S’il se produit un trouble ou une

opalescence avant l’addition complète, noter le volume qui a provoqué ce trouble ou cette

opalescence et, éventuellement, le volume sur lequel celui-ci ou celle-ci disparait.

Dans le cas où une solution limpide n’est pas obtenue après l’addition des 20 mL de solvant,

utiliser le mélange hydro-éthanolique de titre alcoométrique de référence immédiatement

supérieur.


La miscibilité de l’huile essentielle à l’éthanol de titre t à la température de 20°C, est

exprimée de la façon suivante :


j

1 volume d’huile essentielle dans V volumes d’éthanol de titre t

1 volume d’huile essentielle dans V volumes d’éthanol de titre t, avec trouble de V’

volumes d’éthanol de même titre.

1 volume d’huile essentielle dans V volumes d’éthanol de titre t, avec un trouble entre V’

et V’’ volumes d’éthanol de même titre, où :

V [mL]: volume.


k

ANNEXE 7 : CALCUL DE L’INDICE DE RETENTION

Il est nécessaire d’effectuer l’injection de l’EMAG pour pouvoir calculer l’indice de

rétention de chaque constituant d’une huile essentielle.

On peut calculer les indices de rétention à partir de la formule suivante :

õd7e = 100 '� + 8F � �9�F �

/ tel que �0 = 50 + 5¢:(0) Où :

� : Nombre de carbone d’ester méthylique EMAG élué avant le constituant x

õd7e : Indice de rétention du composé x

�0, ��, ��.� :Température de sortie du composé x et des esters méthyliques élués avant et

après x respectivement

¢:(0) : Temps de rétention du composé x.


l

ANNEXE 8 : CALCUL DE L’INDICE DE KOVATS

Il existe une autre méthode d’identification des composés présents dans l’huile

essentielle. Elle est basée sur l’étude comparative entre l’indice de Kovats calculé en utilisant

les alcanes linéaires et ceux publiés par la littérature. On peut calculer l’indice de Kovats

selon la formule :

õ;d7e = 100� + 100 <��A ¢′0 − ��A ¢′��A ¢′� − ��A¢′�> Où :

õ;(7) : Indice de Kovats du composé x

�|¢! : Alcanes linéaires (paraffines normales) élués avant et après le composé x

¢′0 : Temps de rétention réduit de x

¢′� : Temps de rétention réduit de la paraffine normale immédiatement éluée avant x

¢′� : Temps de rétention réduit de la paraffine normale immédiatement éluée après x.


m

ANNEXE 9 : CONDUCTIVITE DE QUELQUES MATERIAUX EN FO NCTION DE LA

TEMPERATURE

Figure 42: Conductivité thermique de quelques matér iaux en fonction de la température, Source: CRABOL J.,

Transfert de chaleur, Tome I, Editions Masson


n

ANNEXE 10 : COEFFICIENT DE PERTE DE CHARGE LINEAIRE λλλλ EN REGIME

TURBULENT – FORMULE DE COLEBROOK

Figure 43: Utilisation de la formule de Colebrook p our la détermination de en fonction du nombre de Re ynolds (Re)

en régime turbulent -K/D: rugosité relative, Source BOUSSICAUD, Calcul des pertes de charges, Editions CFP


o

ANNEXE 10 : VALEUR DU COEFFICIENT DE PERTE DE CHARG E SINGULIERE ξξξξ POUR

DIVERS ACCIDENTS DE TUYAUTERIE


p

Figure 44: Valeurs du coefficient de perte de charg e singulière pour divers accidents de tuyauterie ; Source :

BOUSSICAUD, Calcul des pertes de charges, Edtions CFP


q

ANNEXE 11 : PROPRIETES PHYSIQUES DE L’EAU EN FONCTI ON DE LA PRESSION

ET DE LA TEMPERATURE

Tableau 10: Propriétés physiques de l'eau en foncti on de la pression et la température, Source: Therme xcel


r

ANNEXE 12 : VALEURS DE LA RUGOSITE EN FONCTION DU M ATERIAU

Tableau 11: Quelques valeurs de la rugosité en fonc tion du matériau

Nature de la surface intérieure Indice de rugosité k

1 Cuivre, plomb, laiton, inox 0,001 à 0,002

2 Tube en PVC 0,0015

3 Acier inox 0,015

4 Tube acier du commerce 0,045 à 0,09

5 Acier étiré 0,015

6 Acier soudé 0,045

7 Acier galvanisé 0,15

8 Acier rouillé 0,1 à 1

9 Fonte neuve 0,25 à 0,8

10 Fonte usagée 0,8 à 1,5

11 Fonte incrustée 1,5 à 2,5

12 Tôle ou fonte asphaltée 0,01 à 0,015

13 Ciment bien lissé 0,3


s

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS ................................................................................................................. II

GLOSSAIRE ........................................................................................................................... V

LISTE DES ABREVIATIONS ................................................................................................ VII

NOMENCLATURE DES UNITES ........................................................................................ VIII

NOMENCLATURE DES TABLEAUX ..................................................................................... IX

NOMENCLATURE DES FIGURES ......................................................................................... X

INTRODUCTION ..................................................................................................................... 1

1ère PARTIE : ........................................................................................................................... 3

GENERALITES SUR LES HUILES ESSENTIELLES .............................................................. 3

Chap. 01 : Les plantes aromatiques ..................................................................................... 4

I- Définitions : [12], [13], [10], [14], [15] .......................................................................... 4

I.1. Plante aromatique : .............................................................................................. 4

I.2. Composition chimique des plantes aromatiques : ................................................ 4

I.3. Essence : ............................................................................................................. 4

I.4. Huiles essentielles :.............................................................................................. 4

I.5. Localisation de l’essence dans la plante aromatique : ......................................... 5

I.6. Concrètes et absolues .......................................................................................... 5

I.7. Oléorésines .......................................................................................................... 6

II- Propriétés et usages des huiles essentielles [1], [12], [13], [15], [17] ...................... 6

II.1. Propriétés anti-infectieuses : ............................................................................. 6

II.2. Propriétés insectifuge et insecticide .................................................................. 7

II.3. Propriété anti-inflammatoire (antiphlogistique) et propriété antihistaminique .... 7

II.4. Propriétés anticatarrhales : ............................................................................... 7

II.5. Propriétés neurotropes : ................................................................................... 8

II.6. Propriétés vasculotrope et hémotrope : ............................................................ 8


t

II.7. Propriétés antitumorales et propriétés antileucémiques ................................... 8

II.8. Propriété anticancéreuse .................................................................................. 8

II.9. Propriétés indésirables et toxicité des composants aromatiques: ..................... 9

III- Les huiles essentielles à Madagascar [24], [25], [26] .............................................. 9

III.1. Historique et origine .......................................................................................... 9

III.2. Récolte des plantes aromatiques .................................................................... 10

III.3. Ecologie et répartition géographique .............................................................. 11

Chap 02 : Technique d’extraction des huiles essentielles [14], [34], [41], [42], [48], [52] ... 14

I- Expression- Enfleurage ............................................................................................ 14

I-1- Expression ou pressage ..................................................................................... 14

I-2 Enfleurage....................................................................................................... 15

II- La distillation .......................................................................................................... 15

II-1- Hydrodistillation ............................................................................................... 16

II-2- Hydrodiffusion ou percolation.......................................................................... 17

II-3- Entraînement à la vapeur ................................................................................ 17

III- Autres procédés d’extraction ................................................................................. 18

III-1- Extraction par solvant volatil ........................................................................... 18

III-2- Extraction au CO2 supercritique ..................................................................... 19

III-3- Extraction à la micro-onde .............................................................................. 21

Chap 03 : Les méthodes d’analyse des huiles essentielles ............................................... 22

I. Identification des caractéristiques physico-chimiques [22] ....................................... 22

I.1 Caractéristiques organoleptiques ....................................................................... 22

I.2 Caractéristiques physico-chimiques ................................................................... 22

II. Les techniques chromatographiques [27], [35], [40] .............................................. 22

II.1. Définition ......................................................................................................... 22

II.2. Principe ........................................................................................................... 23

II.3. Différents types de techniques chromatographiques ...................................... 23


u

III. Les méthodes spectrales [10], [36], [43], [47], [49] ................................................ 25

III.1. La spectrométrie de masse : ........................................................................... 26

III.2. L’infrarouge : ................................................................................................... 26

III.3. La résonnance magnétique nucléaire (RMN du proton et du carbone-13, RMN

bidimensionnelle): ....................................................................................................... 26

III.4. La spectroscopie ultra-violette : ...................................................................... 26

Chap. 04 : Rappels sur le transfert thermique et la mécanique des fluides ........................ 27

I- Ecoulement de fluide [3], [8], [10], [24], [51].............................................................. 27

• Fluide: .................................................................................................................... 27

• Régime d’écoulement : .......................................................................................... 27

• Perte de charge : ................................................................................................... 29

II. Transfert de chaleur [6], [7], [10], [39], [44], [45] .................................................... 30

III. Le coefficient d’échange convective(h) .................................................................. 34

• Echange sans changement d’état ......................................................................... 34

• Echange avec changement d’état: ........................................................................ 35

IV. L’écart moyen de température ............................................................................... 36

V. Le coefficient global de transmission de chaleur: .................................................. 37

2ème PARTIE : ...................................................................................................................... 38

AMELIORATION D’UN ANCIEN ALAMBIC DE DISTILLATION ............................................ 38

Chap. 05 : Caractéristiques de l’ancien alambic................................................................. 39

I. Caractéristiques de l’ancien alambic [3].................................................................... 39

II. Amélioration et modifications apportées ................................................................ 41

II.1. Caractéristiques techniques ............................................................................ 42

II.2. Caractéristiques thermiques ........................................................................... 43

Chap. 06 : Dimensionnement d’un alambic de capacité moyenne (30 à 50 kg) ................. 45

I. Le foyer [30], [39], ................................................................................................. 48

II. Chaudière-cucurbite ........................................................................................... 52


v

III. Condenseur ........................................................................................................ 54

IV. Col de cygne ...................................................................................................... 58

V. Calcul des pertes de charges ............................................................................. 61

3ème PARTIE : ........................................................................................................................ 62

APPLICATION A L’EXTRACTION DES HUILES ESSENTIELLES

D’HELICHRYSUM GYMNOCEPHALUM ET D’ATHANASIA BROWNII ................................ 62

Chap. 07 : Optimisation de l’extraction d’huile essentielle d’Helichrysum gymnocephalum

........................................................................................................................................... 63

I- Description, propriétés et utilisations de la plante ..................................................... 63

I-1- Description de la plante : [16], [18], [28], [37], [46] ........................................... 63

I-2- Propriétés et utilisation de la plante :.................................................................. 66

II- Etudes antérieures sur les variabilités chimiques de l’huile [2], [4], [8], [10], [11],

[20] 66

III- Extraction de l’huile essentielle d’Helichrysum gymnocephalum sur l’alambic de

départ ............................................................................................................................. 69

IV- Etude cinétique d’extraction sur l’alambic modifié: ................................................ 69

IV-1- Définition: ........................................................................................................ 69

IV-2- A partir des feuilles fraîches : .......................................................................... 69

IV-3- Discussion: ...................................................................................................... 75

IV-4- A partir des feuilles partiellement séchées : .................................................... 76

IV-5- Interprétation ................................................................................................... 80

V- Analyse, et comparaison ....................................................................................... 81

Chap. 08 : Extraction et étude de la composition chimique de l’huile essentielle d’Athanasia

brownii ................................................................................................................................ 82

I. Description de la plante [16], [19], [28], [37], [46] ...................................................... 82

I.1. Récolte ............................................................................................................... 82

I.2. Ecologie et répartition géographique du végétal ................................................ 82

I.3. Biosystématique de la plante ............................................................................. 82


w

I.4. Dénominations ................................................................................................... 83

I.5. Description botanique de la plante ..................................................................... 83

II. Propriétés et utilisations en médecine traditionnelle [31], [38], [50] ....................... 84

III. Extraction et analyse de l’huile obtenue ................................................................ 85

III-1- Extraction des feuilles fraîches du végétal ...................................................... 85

III-2- Analyse de la composition chimique de l’huile essentielle .............................. 85

IV. Discussion ............................................................................................................. 90

CONCLUSION ....................................................................................................................... 93

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES .................................................................................. 95

REFERENCES WEBOGRAPHIQUES ................................................................................... 99

ANNEXES ................................................................................................................................ a

AUTEUR: RAKOTOMALALA NOROHARILIVA Holiniaina

TITRE DU MEMOIRE : « Amélioration d’un ancien alambic et application à l’extraction des

huiles essentielles d’Helichrysum gymnocephalum et d’Athanasia brownii »

NOMBRE DE PAGES : 137

NOMBRE DE TABLEAUX : 11

NOMBRE DE FIGURES : 44

RESUME :

Les failles sur nos extractions antérieures nous ont poussées à améliorer l’alambic de

distillation utilisé, pouvant contenir 6 à 10 kg de matière végétale. Cette modification a permis

d’optimiser l’extraction de l’huile essentielle d’ Helichrysum gymnocephalum, reconnue pour son

effet expectorant, mais surtout favorisant la pénétration des pommades –produits hydrophiles- dans

la peau et l’étude de la composition chimique de l’huile essentielle d’Athanasia brownii, une huile qui

n’a pas encore été objet de toute recherche.

Constatant l’insuffisance d’huile obtenue pour des analyses chimiques et/ou biologiques

approfondies, et afin de valoriser ce qui existe, nous avons établi le dimensionnement d’un alambic

de capacité moyenne (30 à 50 kg de matière végétale). Cet appareil est formé à partir d’une cuve

déjà existante et du condenseur du petit alambic. L’échange de chaleur est compensé par

l’adaptation d’un réfrigérant au niveau du col de cygne.

MOTS-CLES : alambic, transfert de chaleur, amélioration, dimensionnement, huiles essentielles,

Helichrysum gymnocephalum, Athanasia brownii, étude cinétique, CPG

TITLE: « Improvement of an old alembic and application to extraction of Helichrysum

gymnocephalum and Athanasia brownii essential oils»

SUMMARY:

The flaws about earlier extractions led us to improve the used distillation alembic, which can

contains 6 to 10 kg of plant. This modification permitted to optimize the extraction of Helichrysum

gymnocephalum oil, known for its expectorant effect, and especially for promoting the penetration

of hydrophilic products into the skin; and to study the chemical composition of Athanasia brownii oil,

an essential oil that is not an object of research yet.

Observing deficiency of obtained oil for thorough chemical and/or biological analysis, and moreover,

in order to enhance the value of present materials, we have set up the dimensioning of a middle

alembic, which can contain up to 50 kg of raw material. This device is shaped from a tank that

already exists and the condenser of little alembic. The heat exchange is compensated for adaptation

of a refrigerating on a par with the swan-neck.

KEY WORDS: alembic, heat transfer, improvement, dimensioning, essential oils, Helichrysum

gymnocephalum, Athanasia brownii, kinetic study, GC

TITRE DU RAPPORTEUR : Professeur RASOANAIVO Philippe, Professeur titulaire à l’ESPA

ADRESSE DE L’AUTEUR : LOT IVH 31 Ambatomitsangana Antananarivo 101 ; [email protected]

rakotomalala n. holiniaina

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